Authors:	Overbeck, Ekkehard
Title:	Realisierung einer 3D-Kreuzkorrelationsanlage zur Untersuchung von Struktur und Dynamik hochkonzentrierter Kolloide
Online publication date:	1-Jan-2001
Year of first publication:	2001
Language:	german
Abstract:	Realisierung einer 3D- Kreuzkorrelationsanlage zur Untersuchung von Struktur und Dynamik hochkonzentrierter Kolloide Im Rahmen dieser Arbeit wird eine neuartige 3D-Kreuzkorrelationsanlage zur mehrfachstreufreien Untersuchung des diffusiven Verhaltens hochkonzentrierter kolloidaler Suspensionen vorgestellt. Hierzu werden zwei Lichtstreuexperimente gleichzeitig am gleichen Streuvolumen und mit dem gleichen Streuvektor durchgeführt. Aus der so gewonnenen Kreuzkorrelationsfunktion kann das dynamische Verhalten der Kolloide bestimmt werden. Für die Diffusion der Partikel spielen neben der direkten Wechselwirkung elektroviskoser Effekt und die hydrodynamische Wechselwirkung eine entscheidende Rolle. Insbesondere bei hohen Konzentrationen kann keiner der drei Effekte vernachlässigt werden. Die zu messenden Unterschiede in den Diffusionskoeffizienten sind sehr klein. Daher wurde der experimentelle Aufbau detailliert charakterisiert. Hierbei konnten theoretische Überlegungen hinsichtlich des Nachpulsens und der Totzeit der verwendeten Si- Avalanche-Photodioden überprüft werden. Der Kurzzeitselbstdiffusionskoeffizient hochkonzentrierter geladener kolloidaler Suspensionen wurde gemessen. Um die Daten bei hohen Konzentrationen korrekt zu normieren, wurde der elektroviskose Effekt bei geringen Konzentrationen ausführlich untersucht. Hierbei zeigte sich, dass der elektroviskose Einzelteilcheneffekt zu einer monotonen Abnahme des Diffusionskoeffizienten bei abnehmender Ionenstärke führt. Anhand der volumenbruchabhängigen Daten des Kurzzeitselbstdiffusionskoeffizienten konnte zum ersten Mal gezeigt werden, dass die hydrodynamische Wechselwirkung einen geringeren Einfluss auf die Diffusion hat, falls das direkte Wechselwirkungspotential ein Coulomb-Potential anstelle eines Harte-Kugel-Potentials ist. Realization of a 3D cross-correlation apparatus to investigate structure and dynamics in highly concentrated colloidal suspensions A novel 3D cross- correlation apparatus designed to investigate transport processes in highly concentrated colloidal suspensions without disturbance by multiple scattering was realized in this theses. Two dynamic light scattering experiments are performed simultaneously on the very same scattering volume and under the same scattering vector. Their cross correlation function can be evaluated to study particle diffusion. The diffusion is influenced by electroviscous effects and the hydrodynamic interaction besides the direct interaction. At high concentration all three effects have to be considered. The resulting differences in the diffusion coefficients, however, are very small. Therefore a detailed characterization of the apparatus was performed. Theories related to dead time and after-pulsing of the used silicon avalanche photodiodes could be confirmed. The short-time self-diffusion coefficient for highly concentrated charged colloidal suspensions could be measured with the new apparatus. A detailed investigation of the single particle electroviscous effects showed a decrease of the diffusion coefficient as the ionic strength was decreased. The packing fraction dependent data allowed for a proper normalisation of diffusion coefficients in the high concentration regime. There for the first time it could be shown that for charged particles the hydrodynamic interaction has less influence on diffusion than for hard spheres.
DDC:	530 Physik 530 Physics
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 08 Physik, Mathematik u. Informatik
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-2944
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-2225
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Appears in collections:	JGU-Publikationen