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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