Numerical study of homogeneous and heterogeneous crystal nucleation in colloidal systems
Files
Date issued
Authors
Editors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
License
Abstract
Im Rahmen dieser Arbeit wurden Computersimulationen von Keimbildungs- und Kris\\-tallisationsprozessen in \r\nkolloidalen Systemen durchgef\\\"uhrt. \r\nEine Kombination von Monte-Carlo-Simulationsmethoden und der Forward-Flux-Sampling-Technik wurde \r\nimplementiert, um die homogene und heterogene Nukleation von Kristallen monodisperser Hart\\-kugeln zu untersuchen. \r\nIm m\\\"a\\ss{ig} unterk\\\"uhlten Bulk-Hartkugelsystem sagen wir die homogenen Nukleationsraten voraus und \r\nvergleichen die Resultate mit anderen theoretischen Ergebnissen und experimentellen Daten. \r\nWeiterhin analysieren wir die kristallinen Cluster in den Keimbildungs- und Wachstumszonen,
\r\nwobei sich herausstellt, dass kristalline Cluster sich in unterschiedlichen Formen im System bilden. \r\nKleine Cluster sind eher l\\\"anglich in eine beliebige Richtung ausgedehnt, w\\\"ahrend gr\\\"o\\ss{ere} \r\nCluster kompakter und von ellipsoidaler Gestalt sind. \r\n \r\nIm n\\\"achsten Teil untersuchen wir die heterogene Keimbildung an strukturierten bcc (100)-W\\\"anden. \r\nDie 2d-Analyse der kristallinen Schichten an der Wand zeigt, dass die Struktur der \r\nWand eine entscheidende Rolle in der Kristallisation von Hartkugelkolloiden spielt. \r\nWir sagen zudem die
heterogenen Kristallbildungsraten bei verschiedenen \\\"Ubers\\\"attigungsgraden voraus. \r\nDurch Analyse der gr\\\"o\\ss{ten} Cluster an der Wand sch\\\"atzen wir zus\\\"atzlich den Kontaktwinkel \r\nzwischen Kristallcluster und Wand ab. \r\nEs stellt sich heraus, dass wir in solchen Systemen weit von der Benetzungsregion \r\nentfernt sind und der Kristallisationsprozess durch heterogene Nukleation stattfindet. \r\n \r\nIm letzten Teil der Arbeit betrachten wir die Kristallisation von Lennard-Jones-Kolloidsystemen \r\nzwischen zwei ebenen W\\\"anden.
\r\nUm die Erstarrungsprozesse f\\\"ur ein solches System zu untersuchen, haben wir eine Analyse des \r\nOrdnungsparameters f\\\"ur die Bindung-Ausrichtung in den Schichten durchgef\\\"urt. \r\nDie Ergebnisse zeigen, dass innerhalb einer Schicht keine hexatische Ordnung besteht, \r\nwelche auf einen Kosterlitz-Thouless-Schmelzvorgang hinweisen w\\\"urde. \r\nDie Hysterese in den Erhitzungs-Gefrier\\-kurven zeigt dar\\\"uber hinaus, dass der Kristallisationsprozess \r\neinen aktivierten Prozess darstellt.