Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Saarbrücker Physiker untersuchen, wie Materialien mit Nanoporen Flüssigkeiten aufsaugen

16.07.2012
Benetzt man einen Zuckerwürfel mit Kaffee, so wird die Flüssigkeit sofort vom Zucker aufgesogen. Verantwortlich sind Kapillarkräfte, die in den Poren zwischen den Zuckerkristallen auf die Flüssigkeit wirken.

Weitgehend unbekannt ist bisher, wie solche Benetzungsvorgänge in porösen Gläsern ablaufen, die eine ungewöhnliche mikroskopische Struktur haben. Dieser Frage haben sich theoretische Physiker der Universität des Saarlandes um Professor Heiko Rieger zusammen mit Experimentalphysikern von den Universitäten Hamburg und Düsseldorf gewidmet.

In Vycor-Glas fanden sie eine besonders komplexe Struktur der Flüssigkeitsgrenzfläche, die sie anhand eines Porennetzwerk-Modells erklären konnten.

Die Studie wurde nun im renommierten interdisziplinären Journal Proceedings of the National Academy of Science veröffentlicht.

Für die Papierherstellung, die Drucktechnik, die Ölförderung und viele andere Anwendungen ist es wichtig zu verstehen, wie das Aufsaugen von Flüssigkeiten durch poröse Materialien (Imbibition) vor sich geht. Dabei bildet sich meist eine kontinuierliche Flüssigkeitsgrenzfläche zwischen dem benetzten und dem noch nicht-benetzten Teil aus, die für viele poröse Materialien recht gut verstanden wird. Komplizierter scheinen die Benetzungsvorgänge in porösen Gläsern zu sein, insbesondere in Vycor-Glas, das unter anderem in der Medizin, der Pharmaforschung und der Biotechnologie verwendet wird. Es besteht aus einem komplexen Netzwerk aus langgestreckten Poren mit Durchmessern von nur wenigen Nanometern, so dass die Flüssigkeit spontan hunderte von Metern steigen kann, bevor die Schwerkraft die Kapillarkräfte ausgleicht.

Mit Licht- und Neutronenstreuexperimenten nahm das Forscherteam in seiner Studie die Grenzfläche zwischen dem noch trockenen und dem schon benetzten Teil in Vycor-Glas genauer unter die Lupe. Dabei fanden die Wissenschaftler heraus, dass diese so genannte Imbibitionsfront nicht als schmale Linie verläuft, sondern sich schnell sehr stark verbreitert und eine besonders komplexe Struktur ausbildet.

Die Forscher der Saar-Uni haben darauf ein theoretisches Modell entwickelt, welches dieses Phänomen erklärt: Die Flüssigkeit bildet in den langgestreckten Poren von Vycor-Glas konkave Flüssigkeitsgrenzflächen (Menisken) aus, die sich relativ unabhängig voneinander bewegen, obgleich sie alle durch die Flüssigkeit im benetzten Bereich miteinander verbunden sind. An Poren-Verzweigungen mit unterschiedlichen Radien der auslaufenden Poren kann es nun passieren, dass der Meniskus in der dickeren Pore für lange Zeit festgehalten wird. Dies führt zu einer sehr zerfaserten Imbibitionsfront und sogar zu noch leeren Löchern im bereits benetzten Teil, die sich erst zu einem viel späteren Zeitpunkt schließen. Diese löchrigen Teile gehören dann quasi auch noch zur Grenzfläche, die hierdurch extrem breit wird.

Diese Erkenntnisse der Physiker der Saar-Uni um Professor Rieger helfen, die komplexen mikroskopischen Vorgänge in Benetzungsvorgängen in porösen Gläsern besser zu verstehen. Vycor-Glas wird in vielen Bereichen verwendet: Unter anderem ist es ein ideales Material für die Stofftrennung, beispielsweise in der Chromatografie, und als Membran spielt es eine wichtige Rolle bei der Trinkwassergewinnung aus Meerwasser. Auch für die Entwicklung weiterer Nanomaterialien wird das Verständnis der Benetzungsvorgänge zunehmend wichtiger, beispielsweise bei der Herstellung so genannter Hybridfestkörper, bei denen ein weicher Kern von einer harten Hülle umschlossen wird.

Link zur Studie: http://www.pnas.org/content/109/26/10245

Fragen beantwortet:
Professor Heiko Rieger
Theoretische Physik
Tel.: 0681 302-3969 und -2423,
E-Mail: h.rieger@mx.uni-saarland.de

Saar - Uni - Presseteam | Universität des Saarlandes
Weitere Informationen:
http://www.uni-saarland.de
http://www.pnas.org/content/109/26/10245

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Vorstoß ins Innere der Atome
23.02.2018 | Max-Planck-Institut für Quantenoptik

nachricht Quanten-Wiederkehr: Alles wird wieder wie früher
23.02.2018 | Technische Universität Wien

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Vorstoß ins Innere der Atome

Mit Hilfe einer neuen Lasertechnologie haben es Physiker vom Labor für Attosekundenphysik der LMU und des MPQ geschafft, Attosekunden-Lichtblitze mit hoher Intensität und Photonenenergie zu produzieren. Damit konnten sie erstmals die Interaktion mehrere Photonen in einem Attosekundenpuls mit Elektronen aus einer inneren atomaren Schale beobachten konnten.

Wer die ultraschnelle Bewegung von Elektronen in inneren atomaren Schalen beobachten möchte, der benötigt ultrakurze und intensive Lichtblitze bei genügend...

Im Focus: Attoseconds break into atomic interior

A newly developed laser technology has enabled physicists in the Laboratory for Attosecond Physics (jointly run by LMU Munich and the Max Planck Institute of Quantum Optics) to generate attosecond bursts of high-energy photons of unprecedented intensity. This has made it possible to observe the interaction of multiple photons in a single such pulse with electrons in the inner orbital shell of an atom.

In order to observe the ultrafast electron motion in the inner shells of atoms with short light pulses, the pulses must not only be ultrashort, but very...

Im Focus: Good vibrations feel the force

Eine Gruppe von Forschern um Andrea Cavalleri am Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie (MPSD) in Hamburg hat eine Methode demonstriert, die es erlaubt die interatomaren Kräfte eines Festkörpers detailliert auszumessen. Ihr Artikel Probing the Interatomic Potential of Solids by Strong-Field Nonlinear Phononics, nun online in Nature veröffentlich, erläutert, wie Terahertz-Laserpulse die Atome eines Festkörpers zu extrem hohen Auslenkungen treiben können.

Die zeitaufgelöste Messung der sehr unkonventionellen atomaren Bewegungen, die einer Anregung mit extrem starken Lichtpulsen folgen, ermöglichte es der...

Im Focus: Good vibrations feel the force

A group of researchers led by Andrea Cavalleri at the Max Planck Institute for Structure and Dynamics of Matter (MPSD) in Hamburg has demonstrated a new method enabling precise measurements of the interatomic forces that hold crystalline solids together. The paper Probing the Interatomic Potential of Solids by Strong-Field Nonlinear Phononics, published online in Nature, explains how a terahertz-frequency laser pulse can drive very large deformations of the crystal.

By measuring the highly unusual atomic trajectories under extreme electromagnetic transients, the MPSD group could reconstruct how rigid the atomic bonds are...

Im Focus: Verlässliche Quantencomputer entwickeln

Internationalem Forschungsteam gelingt wichtiger Schritt auf dem Weg zur Lösung von Zertifizierungsproblemen

Quantencomputer sollen künftig algorithmische Probleme lösen, die selbst die größten klassischen Superrechner überfordern. Doch wie lässt sich prüfen, dass der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Von festen Körpern und Philosophen

23.02.2018 | Veranstaltungen

Spannungsfeld Elektromobilität

23.02.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - April 2018

21.02.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Vorstoß ins Innere der Atome

23.02.2018 | Physik Astronomie

Wirt oder Gast? Proteomik gibt neue Aufschlüsse über Reaktion von Rifforganismen auf Umweltstress

23.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Wie Zellen unterschiedlich auf Stress reagieren

23.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics