Elastische Eigenschaften von Kolloidkristallen

Abstract

In dieser Arbeit wurden zum ersten Mal alle elastischen Konstanten von Kolloidkristallen experimentell bestimmt. Die untersuchte kolloidale Suspension bestand aus mikroskopisch kleinen, sterisch stabilisierten Plexiglaspartikeln in einer Lösungsmittelmischung aus Decalin und Cycloheptylbromid. Mittels konfokaler Mikroskopie wurden die Trajektorien der Partikel mit hoher Genauigkeit gemessen.In der flüssigen Phase ergab sich aus der Analyse der radialen Paarverteilungsfunktion bestimmt, dass die Wechselwirkung bei kleinen Volumenbrüchen paarweise-additiv und im Einklang mit der DLVO-Theorie ist.In der kristallinen Phase, bei höheren Volumenbrüchen, bildeten sich polykristalline Strukturen mit großen Körnern von kubisch-flächenzentrierter Symmetrie. Die Untersuchung der thermisch angeregten Gitterschwingungen dieser Kristalle führte zu der Messung aller Kraftkonstanten und aller elastischen Konstanten. Es ergab sich, dass die gemessenen Kraftkonstanten der Vorstellung von paarweise-additiven, zentralsymmetrischen Kräften widersprechen und dass Vielteilcheneffekte zu berücksichtigen sind. Für die elastischen Konstanten ergab sich eine Verletzung der Cauchy-Relation. Dies zeigt ebenfalls, dass die Kräfte zwischen den Partikeln nicht zentralsymmetrisch sind. Somit ist es nicht möglich, die Wechselwirkung in Kristallen aus geladenen kolloidalen Teilchen im Rahmen der DLVO-Theorie zu erklären.