Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neue Studie zeigt Zusammenhang zwischen mikroskopischer Struktur und makroskopischen Eigenschaften

14.08.2015

Neue Studie zeigt Zusammenhang zwischen mikroskopischer Struktur und makroskopischen Eigenschaften

Forscher aus Jülich haben gemeinsam mit Kollegen aus Österreich, Italien, Kolumbien und den USA ein Modellsystem für sogenannte weiche Kolloide entwickelt. Das Modell macht es möglich, Zusammenhänge zwischen atomarer Struktur der Kolloide und den erlebbaren Materialeigenschaften besser zu verstehen. Mit den Erkenntnissen lassen sich zielgerichtet neuartige Kolloidmaterialien entwickeln. Die Ergebnisse wurden jetzt im Fachmagazin "Nanoscale" veröffentlicht.


Mit Neutronenstreuung untersuchten die Forscher die Struktur ihrer Proben. So lässt sich aus der Größe des "Rings" im Bild der Abstand zwischen zwei Kolloidteilchen bestimmen.

Copyright: Forschungszentrum Jülich

Kolloide sind nano- oder mikrometergroße, fein verteilte Teilchen oder Tröpfchen. Weiche Kolloide bestehen aus flexiblen Stoffen, etwa Polymeren. Zu letzteren gehören auch Proteine oder Kunststoffmoleküle. In der Natur finden sich weiche Kolloide zum Beispiel in Zellen.

Industriell werden sie unter anderem für Lebensmittelzubereitungen, Kosmetika und Dispersionsfarben oder bei der Erdölförderung genutzt und sorgen für die gewünschten Fließeigenschaften. In Dispersionsfarben etwa stellen sie sicher, dass diese sich leicht verstreichen lassen, aber nicht von der Wand laufen.

Das Modellsystem der Wissenschaftler vom Jülicher Zentrum für Forschung mit Neutronen besteht aus Wasser und Blockcopolymeren – das sind fadenförmige Moleküle mit einem wasserliebenden und einem wasserabweisenden Teil. Im Wasser ordnen sich die Polymerfäden sternförmig an, mit den wasserliebenden Enden nach außen, den wasserabweisenden nach innen.

Ist der wasserliebende Anteil groß, knäulen sich jeweils nur wenige Moleküle locker zusammen, und das physikalische Verhalten ähnelt Fäden. Je größer der wasserabweisende Anteil ist, umso mehr Polymere ballen sich zusammen, und es bilden sich dichte, harte Kugeln.

Für Fäden und für Kugeln existierten bisher separate physikalische Modelle, die jeweils vorhersagten, ob eine Lösung daraus flüssig oder glasartig sein würde. Den Forschern gelang es nun unter anderem mit Neutronenstreuexperimenten, beide Modelle zu vereinen und ein umfassendes Phasendiagramm zu erstellen, das die Materialeigenschaften in Abhängigkeit von Kolloidaufbau und -konzentration darstellt – quasi ein Rezeptbuch für Kolloide.

Denn sie fanden einen verbindenden Parameter, der wesentlich darüber entscheidet, ob die Modell-Kolloidlösung flüssig oder glasartig ist: die sogenannte Interaktionslänge. Diese entspricht annähernd dem Radius, in dem die Kolloide untereinander wechselwirken können, und hängt unter anderem davon ab, aus wie vielen Molekülen ein Kolloid zusammengesetzt ist und wie stark die Kolloide konzentriert sind.

Die Erkenntnis wurde dadurch möglich, dass sich der Weichheitsgrad der Modell-Kolloide über einen großen Bereich sehr genau einstellen lässt, indem man das Längenverhältnis zwischen dem wasserliebenden und dem wasserabweisenden Teil der Molekülfaden verändert. Dass die Grundzutaten dabei stets die gleichen bleiben, vereinfacht es, grundlegende Zusammenhänge zu erkennen.


Originalveröffentlichung:

S. Gupta, M. Camargo, J. Stellbrink, J. Allgaier, A. Radulescu, P. Lindner, E. Zaccarelli, C. N. Likos and D. Richter: Dynamic Phase Diagram of Soft Nano Colloids. Nanoscale, 2015, DOI: 10.1039/C5NR03702F

Weitere Informationen:

Forschung am Institutsbereich Neutronenstreuung (ICS-1/JCNS-1)

Ansprechpartner:

Dr. Jörg Stellbrink
Jülich Centre for Neutron Science, Bereich Neutronenstreuung (ICS-1 / JCNS-1)
Tel. 02461 61-6683
E-Mail: j.stellbrink@fz-juelich.de

Pressekontakt:

Angela Wenzik
Wissenschaftsjournalistin, Forschungszentrum Jülich
Tel. 02461 61-6048
E-Mail: a.wenzik@fz-juelich.de

Angela Wenzik | Forschungszentrum Jülich
Weitere Informationen:
http://www.fz-juelich.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Studien Analysen:

nachricht Der Klang des Ozeans
12.01.2017 | Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung

nachricht Verstädterung wird 300.000 km2 fruchtbarsten Ackerlands verschlingen
27.12.2016 | Mercator Research Institute on Global Commons and Climate Change (MCC) gGmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Studien Analysen >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Mit solaren Gebäudehüllen Architektur gestalten

Solarthermie ist in der breiten Öffentlichkeit derzeit durch dunkelblaue, rechteckige Kollektoren auf Hausdächern besetzt. Für ästhetisch hochwertige Architektur werden Technologien benötigt, die dem Architekten mehr Gestaltungsspielraum für Niedrigst- und Plusenergiegebäude geben. Im Projekt »ArKol« entwickeln Forscher des Fraunhofer ISE gemeinsam mit Partnern aktuell zwei Fassadenkollektoren für solare Wärmeerzeugung, die ein hohes Maß an Designflexibilität erlauben: einen Streifenkollektor für opake sowie eine solarthermische Jalousie für transparente Fassadenanteile. Der aktuelle Stand der beiden Entwicklungen wird auf der BAU 2017 vorgestellt.

Im Projekt »ArKol – Entwicklung von architektonisch hoch integrierten Fassadekollektoren mit Heat Pipes« entwickelt das Fraunhofer ISE gemeinsam mit Partnern...

Im Focus: Designing Architecture with Solar Building Envelopes

Among the general public, solar thermal energy is currently associated with dark blue, rectangular collectors on building roofs. Technologies are needed for aesthetically high quality architecture which offer the architect more room for manoeuvre when it comes to low- and plus-energy buildings. With the “ArKol” project, researchers at Fraunhofer ISE together with partners are currently developing two façade collectors for solar thermal energy generation, which permit a high degree of design flexibility: a strip collector for opaque façade sections and a solar thermal blind for transparent sections. The current state of the two developments will be presented at the BAU 2017 trade fair.

As part of the “ArKol – development of architecturally highly integrated façade collectors with heat pipes” project, Fraunhofer ISE together with its partners...

Im Focus: Mit Bindfaden und Schere - die Chromosomenverteilung in der Meiose

Was einmal fest verbunden war sollte nicht getrennt werden? Nicht so in der Meiose, der Zellteilung in der Gameten, Spermien und Eizellen entstehen. Am Anfang der Meiose hält der ringförmige Proteinkomplex Kohäsin die Chromosomenstränge, auf denen die Bauanleitung des Körpers gespeichert ist, zusammen wie ein Bindfaden. Damit am Ende jede Eizelle und jedes Spermium nur einen Chromosomensatz erhält, müssen die Bindfäden aufgeschnitten werden. Forscher vom Max-Planck-Institut für Biochemie zeigen in der Bäckerhefe wie ein auch im Menschen vorkommendes Kinase-Enzym das Aufschneiden der Kohäsinringe kontrolliert und mit dem Austritt aus der Meiose und der Gametenbildung koordiniert.

Warum sehen Kinder eigentlich ihren Eltern ähnlich? Die meisten Zellen unseres Körpers sind diploid, d.h. sie besitzen zwei Kopien von jedem Chromosom – eine...

Im Focus: Der Klang des Ozeans

Umfassende Langzeitstudie zur Geräuschkulisse im Südpolarmeer veröffentlicht

Fast drei Jahre lang haben AWI-Wissenschaftler mit Unterwasser-Mikrofonen in das Südpolarmeer hineingehorcht und einen „Chor“ aus Walen und Robben vernommen....

Im Focus: Wie man eine 80t schwere Betonschale aufbläst

An der TU Wien wurde eine Alternative zu teuren und aufwendigen Schalungen für Kuppelbauten entwickelt, die nun in einem Testbauwerk für die ÖBB-Infrastruktur umgesetzt wird.

Die Schalung für Kuppelbauten aus Beton ist normalerweise aufwändig und teuer. Eine mögliche kostengünstige und ressourcenschonende Alternative bietet die an...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Aquakulturen und Fangquoten – was hilft gegen Überfischung?

16.01.2017 | Veranstaltungen

14. BF21-Jahrestagung „Mobilität & Kfz-Versicherung im Fokus“

12.01.2017 | Veranstaltungen

Leipziger Biogas-Fachgespräch lädt zum "Branchengespräch Biogas2020+" nach Nossen

11.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Weltweit erste Solarstraße in Frankreich eingeweiht

16.01.2017 | Energie und Elektrotechnik

Proteinforschung: Der Computer als Mikroskop

16.01.2017 | Biowissenschaften Chemie

Vermeintlich junger Stern entpuppt sich als galaktischer Greis

16.01.2017 | Physik Astronomie