Glasdynamik ellipsoider Kolloide

Abstract

Suspensionen von Kolloiden sind etablierte Modellsysteme um das Phasenverhalten, die Struktur und die Dynamik von Materie zu verstehen. Insbesondere anisotrope Partikel zeigen ein komplexes Phasenverhalten, da neben der fluiden und kristallinen Phase weitere Phasen gebildet werden können wie beispielsweise eine nematische Phase. Ellipsoide Kolloide wurden in der Vergangenheit intensiv durch Computersimulationen und im Rahmen theoretischer Arbeiten untersucht, jedoch gibt es bis heute nur sehr wenige experimentelle Erkenntnisse. In dieser Arbeit werden ellipsoide Kern-Schale-Partikel mittels eines thermomechanischen Streckverfahrens präpariert. Mit den gewonnenen Partikeln werden Proben erstellt, die es erlauben ein Kolloidsystem mit ellipsoiden Partikeln mittels Konfokalmikroskopie dreidimensional, ohne Wirkung externer Kräfte, zu untersuchen. Dazu werden ein Algorithmus zur Bildverarbeitung sowie ein Algorithmus zum Tracking der Partikel entwickelt, die es ermöglichen, die Struktur und die Dynamik des Systems quantitativ zu erfassen. Mit diesen Methoden können erste experimentelle Erkenntnisse zum Phasenverhalten ellipsoider Kolloide in einem dreidimensionalen System gewonnen werden. So zeigt sich abhängig von Aspektverhältnis und Volumenbruch eine fluide oder nematische Phase. Weitere ausführliche Messungen zur Dynamik an einem System von Ellipsoiden mit Aspektverhältnis a/b=3,5 zeigen das Auftreten von zwei unterschiedlichen Glasübergängen für die Translations- und Rotationsdynamik. Damit ergibt sich zwischen diesen beiden Übergängen ein Zustand, der als Flüssigglas bezeichnet wird. Im Unterschied zu einem Flüssigkristall ist jedoch keine globale nematische Ordnung gegeben. Dieser Zustand wird damit zum ersten Mal in einem dreidimensionalen System nachgewiesen.