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Entropische Anziehung

Kolloid-Polymermischungen

Lösungsmittel

Kolloidteilchen

Polymerknäuel

Farben Tinten Lacke etc.

RK

Rpoly

Kolloid-Polymermischungen

S.M. Ilett, A. Orrock, W.C.K. Poon, P.N. Pusey, Phys. Rev. E (1995)

Zugabe von Polymer

„Fluid“ „Kristall“

„Gas“ „Gas“

„Flüssig“ „Kristall“

Phasenseparation mit flüssiger Phase!

Steuerparameter:

Kolloid-Gas Kolloid-Flüssigkeit

ηpoly

Rpoly/RK

attraktive entropische Wechselwirkungen !

S. Asakura, F. Oosawa, J. Chem. Phys. (1954) A. Vrij, Pure Appl. Chem. (1976)

„Verarmung“ (depletion)

Rpoly

Freies Volumen der Poly- mere

Konsequenz der „Verarmung“

r

Asakura-Oosawa-Theorie (1954)

Polymer-Kugeln als ideales Gas

Entropische Attraktion der Kolloide

Überlappung der Kolloide

Messung entropischer Wechselwirkungen

D. Rudhardt, C. Bechinger, P. Leiderer, Phys. Rev. Lett. (1998)

Problem: Kräfte sehr klein (10-9 - 10-12 N) !

Total internal reflection microscopy (TIRM)

P.D. Kaplan, L.P. Faucheux, A.J. Libchaber, Phys. Rev. Lett. (1994)

A.D. Dinsmore, D.T. Wong, P. Nelson, A.G. Yodh, Phys. Rev. Lett. (1998)

Kugel vor harter Wand

Asakura-Oosawa:

z

Total internal reflection microscopy (TIRM)

Glas

z

Streuintensität Aufenthalts- wahrscheinlichkeit

totales Potential

Abklingzone

enthält W(z) !

Entropisches „Modellsystem“

Polysterol-Kugeln (RK=3µm)

Wasser

- -

-

- - - - -

- -

Polyethylenoxid (RPoly=150nm)

Glas

D. Rudhardt, C. Bechinger, P. Leiderer, Phys. Rev. Lett. (1998)

- - - - - - -

TIRM Ergebnisse

Elektrostatische Abstoßung

Entropische Attraktion konsistent mit Asakura-Oosawa-Theorie!

D. Rudhardt, C. Bechinger, P. Leiderer, Phys. Rev. Lett. (1998)

Gravitation

Effekt einer höheren Polymerdichte

zusätzliche repulsive Beiträge

Korrelationseffekte im Polymersystem !

C. Bechinger, D. Rudhardt, P.Leiderer, R. Roth, S. Dietrich, Phys. Rev. Lett. (1999)

Vielteilcheneffekte im Kolloidsystem: Phasenverhalten

Systematisches „Ausintegrieren“ der Polymerkugeln

Lösungs- mittel

Polymer

Kolloid

Systematisches „Ausintegrieren“ der B-Komponente

Zustands- summe

Effektiver Hamiltonian:

coarse- graining

M. Dijkstra, R. van Roij, R. Evans, Phys. Rev. Lett. (1998)

depletion

vollständiger Hamiltonian

Kolloid-Polymer-Mischung Simulation-Theorie -Experiment

P. Bolhuis, A.A. Louis, J.-P. Hansen, Phys. Rev. Lett. (2002)

Fest

kritischer Punkt Gas/Flüssig !

φres

poly

Simulation

Fluid inve

rse

„Tem

pera

tur“

X Experiment: S. Ramakrishnan, M. Fuchs, K.S. Schweizer, C.F. Zukoski J. Chem. Phys. (2002)

Kolloid-Polymer-Mischung: flüssige Phase

P. Bolhuis, A.A. Louis, J.-P. Hansen, Phys. Rev. Lett. (2002)

Fest

kritischer Punkt Gas/Flüssig !

φres

poly

Simulation

Fluid inve

rse

„Tem

pera

tur“

X

Fest Fluid

Flüssigkeit nur metastabil