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 Massenverlust des Antarktischen Eisschilds hat sich beschleunigt
14.06.2018 | Technische Universität Dresden

nachricht Teure Flops: Nur 5% der Innovationsideen werden erfolgreich
12.06.2018 | Institut für angewandte Innovationsforschung e.V.

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: Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

Noch mehr Reichweite oder noch mehr Nutzlast - das wünschen sich Fluggesellschaften für ihre Flugzeuge. Wegen ihrer hohen spezifischen Steifigkeiten und Festigkeiten kommen daher zunehmend leichte Faser-Kunststoff-Verbunde zum Einsatz. Bei Rümpfen oder Tragflächen sind permanent Innovationen in diese Richtung zu beobachten. Um dieses Innovationsfeld auch für Flugzeugräder zu erschließen, hat das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF jetzt ein neues EU-Forschungsvorhaben gestartet. Ziel ist die Entwicklung eines ersten CFK-Bugrads für einen Airbus A320. Dabei wollen die Forscher ein Leichtbaupotential von bis zu 40 Prozent aufzeigen.

Faser-Kunststoff-Verbunde sind in der Luftfahrt bei zahlreichen Bauteilen bereits das Material der Wahl. So liegt beim Airbus A380 der Anteil an...

Im Focus: IT-Sicherheit beim autonomen Fahren

FH St. Pölten entwickelt neue Methode für sicheren Informationsaustausch zwischen Fahrzeugen mittels Funkdaten

Neue technische Errungenschaften wie das Internet der Dinge oder die direkte drahtlose Kommunikation zwischen Objekten erhöhen den Bedarf an effizienter...

Im Focus: Innovative Handprothesensteuerung besteht Alltagstest

Selbstlernende Steuerung für Handprothesen entwickelt. Neues Verfahren lässt Patienten natürlichere Bewegungen gleichzeitig in zwei Achsen durchführen. Forscher der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) veröffentlichen Studie im Wissenschaftsmagazin „Science Robotics“ vom 20. Juni 2018.

Motorisierte Handprothesen sind mittlerweile Stand der Technik bei der Versorgung von Amputationen an der oberen Extremität. Bislang erlauben sie allerdings...

Im Focus: Temperaturgesteuerte Faser-Lichtquelle mit flüssigem Kern

Die moderne medizinische Bildgebung und neue spektroskopische Verfahren benötigen faserbasierte Lichtquellen, die breitbandiges Laserlicht im nahen und mittleren Infrarotbereich erzeugen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) zeigen in einer aktuellen Veröffentlichung im renommierten Fachblatt Optica, dass sie die optischen Eigenschaften flüssigkeitsgefüllter Fasern und damit die Bandbreite des Laserlichts gezielt über die Umgebungstemperatur steuern können.

Das Besondere an den untersuchten Fasern ist ihr Kern. Er ist mit Kohlenstoffdisulfid gefüllt - einer flüssigen chemischen Verbindung mit hoher optischer...

Im Focus: Temperature-controlled fiber-optic light source with liquid core

In a recent publication in the renowned journal Optica, scientists of Leibniz-Institute of Photonic Technology (Leibniz IPHT) in Jena showed that they can accurately control the optical properties of liquid-core fiber lasers and therefore their spectral band width by temperature and pressure tuning.

Already last year, the researchers provided experimental proof of a new dynamic of hybrid solitons– temporally and spectrally stationary light waves resulting...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Leben im Plastikzeitalter: Wie ist ein nachhaltiger Umgang mit Plastik möglich?

21.06.2018 | Veranstaltungen

Kongress BIO-raffiniert X – Neue Wege in der Nutzung biogener Rohstoffe?

21.06.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen im August 2018

20.06.2018 | Veranstaltungen

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

Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

22.06.2018 | Materialwissenschaften

Lernen und gleichzeitig Gutes tun? Baufritz macht‘s möglich!

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

GFOS und skip Institut entwickeln gemeinsam Prototyp für Augmented Reality App für die Produktion

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

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