Authors:	Roth, Marcel
Title:	Rheology of arrested colloids : a parameter study using novel experimental methods
Online publication date:	19-Jan-2012
Year of first publication:	2012
Language:	english
Abstract:	The steadily increasing diversity of colloidal systems demands for new theoretical approaches and a cautious experimental characterization. Here we present a combined rheological and microscopical study of colloids in their arrested state whereas we did not aim for a generalized treatise but rather focused on a few model colloids, liquid crystal based colloidal suspensions and sedimented colloidal films. We laid special emphasis on the understanding of the mutual influence of dominant interaction mechanisms, structural characteristics and the particle properties on the mechanical behavior of the colloid. The application of novel combinations of experimental techniques played an important role in these studies. Beside of piezo-rheometry we employed nanoindentation experiments and associated standardized analysis procedures. These rheometric methods were complemented by real space images using confocal microscopy. The flexibility of the home-made setup allowed for a combination of both techniques and thereby for a simultaneous rheological and three-dimensional structural analysis on a single particle level. Though, the limits of confocal microscopy are not reached by now. We show how hollow and optically anisotropic particles can be utilized to quantify contact forces and rotational motions for individual particles. In future such data can contribute to a better understanding of particle reorganization processes, such as the liquidation of colloidal gels and glasses under shear. Die stetig wachsende Vielfalt von kolloidalen Systemen erfordert neue theoretische Denkansätze und eine sorgfältige experimentelle Charakterisierung. In der vorliegen Arbeit präsentieren wir eine kombinierte rheologische und mikroskopische Studie von Kolloiden im kinetischen Arrest. Dabei zielten wir nicht auf eine generalisierende Abhandlung ab, sondern konzentrierten uns auf wenige Modellkolloide, kolloidale Suspensionen mit Flüssigkristallen als Trägermaterial und sedimentierte kolloidale Schichten. Dabei lag unser Schwerpunkt auf dem Verständnis des wechselseitigen Einflusses von dominanten Wechselwirkungsmechanismen, strukturellen Merkmalen und Partikeleigenschaften auf das mechanische Verhalten von Kolloiden. Die Anwendung neuer Kombinationen experimenteller Methoden spielte dabei eine entscheidende Rolle. Neben der Piezorheometrie kamen dabei Nanoindentationsexperimente und die dazugehörigen standardisierten Auswerteverfahren zur Anwendung. Diese rheometrischen Methoden wurden durch konfokale Mikroskopieaufnahmen ergänzt. Die Flexibilität des verwendeten Selbstaufbaus ermöglichte dabei eine Kombination beider Messmethoden und damit eine gleichzeitige rheologische und dreidimensionale strukturelle Charakterisierung auf Ein-Partikel-Niveau. Die Grenzen konfokaler Mikroskopie sind damit aber noch nicht erreicht. Wir zeigen, dass Hohlkugeln und optisch anisotrope Partikel eingesetzt werden können um Kontaktkräfte und Rotationsbewegungen für individuelle Partikel zu vermessen. In Zukunft können diese Daten zu einem besseren Verständnis von Reorganisationsprozessen beitragen wie z.B. bei der Scherverflüssigung kolloidaler Gele und Gläser.
DDC:	530 Physik 530 Physics
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 08 Physik, Mathematik u. Informatik
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-1288
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-30094
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent:	162 S.
Appears in collections:	JGU-Publikationen