Optische Mikroskopie an kolloidalen Suspensionen unter Nichtgleichgewichtsbedingungen

Abstract

Kolloidale Suspensionen eignen sich aufgrund der für sierelevanten Längeskalen hervorragend zur Beobachtung mittelsoptischer Mikroskopie. Die Verwendung speziellerKontrastierverfahren kann bestimmte Aspekte kolloidalerStrukturen besonders hervorheben und eine verbesserteAnalyse von Nichtgleichgewichtszuständen in kolloidalenSystemen ermöglichen. Mittels Phasen- und Interferenzkontrast konnte die Ursachedes Kleinwinkelstreumaximums in der Lichtstreuung an einerSuspension aus Mikronetzteilchen auf die unterschiedlichenStrukturfaktoren von Kristall und Korngrenze zurückgeführtwerden.Der Zusammenhang von Struktur und Farbe eingetrockneterMultilagen wurde in hochauflösender Durchlichtmikroskopiedemonstriert und zur Analyse der inneren Struktur derKristalldomänen inklusive von Versetzungen und Stapelfehlernbenutzt.Mit der Polarisationsmikroskopie konnte die Veränderung derPartikelzahldichte um ein Ionentauscherbruchstück auf einenSalzkonzentrationsgradienten zurückgeführt werden. Die Untersuchung kolloidaler Suspensionen in einem Scherfeldmittels Fourier-Mikroskopie lieferte im Bereich fluiderGleichgewichtsstrukturen den Nachweis scherinduzierterhexagonaler Strukturen. Die Ultramikroskopie mit erweiterterSchärfentiefe ermöglichte die direkte Beobachtung desGleitmechanismus von verscherten hexagonalen Lagen und dieKlassifizierung durch die entwickelte2D-Partikelkorrelation. Die Scherung induziert in fluidenStrukturen hexagonale Ordnung und zerstört bei großenScherraten existierende Ordnung. Es wird eineWandstabilisierung der hexagonalen Strukturen beobachtet. Mittels Bragg-Mikroskopie konnte unter Scherung dieHomogenität der Struktur innerhalb der Scherzelledokumentiert werden sowie nach Scherung die Entstehung derGleichgewichts bcc Phase.

engl. abstract Colloidal suspensions were, due to the relevant length andtime scales, very suitable for the observation by opticalmicroscopy. The usage of special contrast mechanismsemphasizes special aspects of the colloidal structure andenables the analysis of non-equilibrium colloidalstructures. By phase-contrast-microscopy anddifferential-interference-contrast-microscopy the peakmaximum in small angle-light-scattering-experiments onmicronetwork spheres were attributed to the differentstructure-factor of crystal and grain boundary.The connection between structure and colour of driedmultilayers is used to analyse the structure of the crystaldomains with displacements and stacking faults.With polarisation-microscopy the change in particle densityaround a fragment of ion exchange resin could be attributedto a gradient in the salt concentration. The examination of colloidal suspension in a shear fieldwith fourier-microscopy yields hexagonal layers even inequilibrium fluid suspensions. Ultra-microscopy, withimproved depth of sharpness, enables the first observationof the hexagonal layer sliding mechanism. The classificationof the mechanism results from the developed 2D particlecorrelation. Shear induced hexagonal structures in the fluidphase and the destruction of order at high shear rates isobserved. Although a stabilisation effect due to the cellwalls is observed. Bragg-microscopy demonstrates the homogeneity under shear inthe shear cell and the evolution of the equilibrium bccphase after shear.