| Titel: | Inhomogeneous Colloidal Mixtures: Segregation by Charge or Shape |
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=3149 |
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20050711-001149-4 |
| Kollektion: | Dissertationen |
| Sprache: | Englisch |
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation |
| Medientyp: | Text |
| Autor: | Esztermann, Ansgar [Autor]
|
| Dateien: | |
| Beitragende: | Prof. Dr. Löwen, Hartmut [Gutachter]
PD Dr. Schmidt, Matthias [Gutachter]
|
| Stichwörter: | Weiche Materie, Dichtefunktionaltheorie, Harte Kugeln, Harte Stäbchen, Harte Plättchen, Kolloidaler Paranusseffekt, Lokalisierung, Geladene Kolloide, Sedimentation, DichteprofileSoft Matter, Density Functional Theory, Hard Spheres, Hard Rods, Hard Platelets, Colloidal Brazil Nut Effect, Localization, Charged Colloids, Sedimentation, Density Profiles |
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 530 Physik |
| Beschreibungen: | Zunächst wird das Verhalten geladener Teilchen in einem externen Feld untersucht. Dabei kommen sowohl Monte-Carlo-Computersimulationen als auch Poisson-Boltzmann-Theorie zum Einsatz. Zum einen wird eine binäre Kolloidmischung im Schwerefeld betrachtet. Dabei stellt sich heraus, dass die entscheidende Größe für die Dichteprofile nicht allein die Teilchenmasse, sondern das Verhältnis von Masse und Ladung ist. Das bedeutet, dass die Spezies mit niedrigerem Masse-Ladungsverhältnis auch dann oberhalb der anderen Komponente sedimentiert, wenn ihre Masse größer ist.
Weiter wird ein Elektrolyt in einem Kondensator betrachtet. Das äußere elektrische Feld kann dabei zur Ladungstrennung im Elektrolyten führen, der seinerseits ein Feld aufbaut. Das Zusammenwirken der Felder führt zu einem Übergang zwischen einem delokalisierten und einem lokalisierten Zustand: ist die anliegende Spannung U niedrig, verteilen sich die Ionen im gesamten System. Steigt U über einen kritischen Wert Uc, so konzentrieren sich die Ionen in der Nähe der Kondensatorplatten. Der mittlere Abstand einer Ionenspezies von der entgegengesetzt geladenen Platte divergiert dabei proportional zu ln(U-Uc)/Uc.
Schließlich wird eine Dichtefunktionaltheorie für harte Teilchen vorgestellt. Dabei werden zum einen dreikomponentige Mischungen von Kugeln, Stäbchen und Plättchen im Grenzfall verschwindender Dicke von Stäbchen und Plättchen untersucht. Für den Überlapp von Kugeln und Plättchen wird zudem der Zusammenhang mit zweidimensionalen harten Scheiben aufgezeigt. Darüberhinaus werden binäre Mischungen von Kugeln und Stäbchen im Onsager-Limes betrachtet. In diesem Grenzfall werden Terme erster Ordnung im Stäbchendurchmesser D ebenfalls berücksichtigt. Experimentelle Systeme werden so insbesondere bei hoher Packungsdichte besser beschrieben. Um Anwendungen der Theorie zu erleichtern, wird das Funktional für einige einfache Geometrien explizit angegeben.In the first part of this thesis, the behaviour of charged particles under an external field is examined using both Monte-Carlo computer simulations and Poisson-Boltzmann theory.
For a binary colloidal mixture in a gravitational field, it turns out that sedimentation is controlled by the ratio of particle mass to charge rather than by mass alone. Thus, the species with the lower mass-per-charge ratio will sediment on top, even if its mass is larger than that of the other species.
The ion distribution of an electrolyte between capacitor plates is influenced strongly by the external electric field. The non-uniform ion distribution, in turn, generates an electric field internal to the system.
The interplay between these fields leads to a transition from a delocalised to a localised state: as long as the voltage U applied across the capacitor remains low, the ions are distributed throughout the system. When U rises above a certain threshold value Uc, the ions become localised next to the capacitor plates. The average distance of one species of ions from the oppositely charged capacitor plate diverges logarithmically as ln(U-Uc)/Uc.
In Part 2 of this thesis, a density functional theory for hard bodies is presented. In particular, ternary mixtures of spheres, and rods and
platelets of vanishing thickness, are examined. For the overlap of spheres and platelets, the relationship to two-dimensional hard disks is explained.
Binary mixtures of rods and spheres in the Onsager limit are also considered. In this limit, terms that are linear in the needle thickness D are included in the functional. This allows for a more accurate description of experimental systems -- which are necessarily characterised by a finite D -- at high packing fractions.
The theory follows Rosenfeld's hard-sphere density functional theory
and generalises it to anisotropic particles. In order to facilitate applications, explicit expressions of the functional for simple geometries are given.
|
| Lizenz: | 
Urheberrechtsschutz
|
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Physik |
| Dokument erstellt am: | 11.07.2005 |
| Dateien geändert am: | 12.02.2007 |
| Promotionsantrag am: | 30.06.2005 |
| Datum der Promotion: | 30.06.2005 |
