Binäre kolloidale Suspensionen in eingeschränkter Geometrie
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In dieser Arbeit wird der Einfluss eines äußeren Potentials auf das Kristallisations- und Schmelzverhalten eines kleinen, kreisförmigen, zweidimensionalen Systems aus binären Kolloid-Partikeln untersucht. Die Kolloide sind superparamagnetisch; die Stärke ihrer repulsiven Wechselwirkung wird über ein externes Magnetfeld eingestellt. Das System ist binär bezüglich der Magnetisierung, des Gewichts und der Größe der Partikel. Die laterale, kreisförmig einschränkende Geometrie wird mit TEM-Netzchen hergestellt. Mittels Videomikroskopie und Bildverarbeitungsprogrammen werden die Koordinaten jedes Partikels bestimmt, so dass sich die Trajektorien bestimmen lassen.
Die Systeme werden durch den sogenannten Plasmaparameter Γ charakterisiert, der die Wechselwirkung aller Teilchen, ihre Abstände und die Partikelanzahl berücksichtigt. Der Plasmaparameter ist vergleichbar einer inversen Systemtemperatur.
Es wird ein mehrstufiger Schmelzprozess festgestellt. Die Struktur und die Dynamik der Partikel wird stark vom kreisförmigen Harte-Wand -Potential beeinflusst. So ordnen sich die großen Kolloide in einer Schalenstruktur an, die je nach Partikelzahl und Anzahlverhältnis der großen zu den kleinen Teilchen variiert. Das Schmelzverhalten ist nicht nur von diesem Anzahlverhältnis sondern auch von der genauen Verteilung der Kolloide abhängig.
Weiter wird das mittlere Verschiebungsquadrat (MSD) für kleine Teilchen vorgestellt. Diese befinden sich im System gerade auf Plätzen, die zwischen zwei Schalen der großen Partikel liegen. Je höher das Magnetfeld ist, desto stärker ist die Wechselwirkung der Partikel untereinander, desto niedriger ist der Plateauwert des MSD, weil die Teilchen immer besser lokalisiert sind.
Die kleinen Partikel beeinflussen auch die Schalenstruktur der großen. Es bilden sich Schalen der großen Teilchen mit anderen Anzahle
Zusammenfassung in einer weiteren Sprache
In this thesis the melting process of a binary mixture of colloidal spheres in small two-dimensional circular cavities is examined. The colloids are superparamagnetic; the strength of their interaction is adjusted using an external magnetic field. The particles differ in magnetisation, weight and size. The confining cavities are built using TEM-grids. The positions of the particles and their trajectories are determined by means of video microscopy.
The systems are characterised by the so called plasma parameter Γ which takes into account the interaction between the colloids, their distances and the number of particles. From the practical point of view, Ã can be interpreted as an inverse system temperature.
For the systems described above a rather complex multi-stage melting process is found. The structure and dynamics of the colloids is influenced by the circular hard-wall potential, therefore the big particles arrange in a shell-like structure which depends on the number of particles and on the ratio of big and small colloids. The melting process depends on the same set of parameters and on the exact configuration of the particles.
Furthermore the mean square displacement (MSD) for the small particles between the shells formed by the bigger ones is investigated. The higher the magnetic field and correspondingly the plasma parameter, the stronger the particles interact. This means that the plateau-value of the MSD decreases because the colloids are better localised.
The small particles also influence the shell structure of the big ones. A change in the number of big colloids per shell compared to the monodisperse case is observed. This effect is demonstrated in the experiment as well as in corresponding Monte-Carlo-simulations.
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ISO 690
BIRK, Juliane, 2003. Binäre kolloidale Suspensionen in eingeschränkter Geometrie [Master thesis]BibTex
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