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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:bsz:291-scidok-32186
URL: http://scidok.sulb.uni-saarland.de/volltexte/2010/3218/


Rheology and dynamics of simple and complex liquids in mesoporous matrices

Rheologie und Dynamik von einfachen und komplexen Flüssigkeiten in mesoporösen Membranen

Grüner, Simon Alexander

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SWD-Schlagwörter: Strömungsmechanik , Poröse Membran , Wasser , Flüssigkristall , Kohlenwasserstoffe , Mikrofluidik , Rheologie , Radiographie , Kapillarität
Freie Schlagwörter (Englisch): hydrodynamic boundary conditions , nanofluidic , water , hydrocarbons , capillary rise
Institut: Fachrichtung 7.3 - Technische Physik
Fakultät: Fakultät 7 - Naturwissenschaftlich-Technische Fakultät II
DDC-Sachgruppe: Physik
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Huber, Patrick (Priv.-Doz. Dr.)
ISBN: 978-3-8325-2596-5
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 21.07.2010
Erstellungsjahr: 2010
Publikationsdatum: 22.07.2010
Bemerkung: Druckversion erhältlich über das Bestellformular des Logos Verlag Berlin oder im Buchhandel unter der Angabe der ISBN 978-3-8325-2596-5.
Print copy available via the Logos Publishing Houses's order form or at any book seller by the reference to ISBN 978-3-8325-2596-5.
Kurzfassung auf Englisch: Subject of my thesis is a study of rheologic and dynamic properties of fluids confined in an isotropic pore network with pore radii of approx. 5nm embedded in a monolithic silica matrix (porous Vycor). The experimental technique bases on the capillary rise of a wetting liquid in a porous substrate, also known as spontaneous imbibition. A crucial part of the conducted experiments centers on the increasing relevance of the liquid-substrate interface in the mesopore confinement. Detailed analyses of the measurements carried out with water, silicon oils, and a series of hydrocarbons result in precise information on the boundary conditions expressed in terms of the velocity slip length. Systematic variations of the chain-length of the used hydrocarbons also allow for an assessment of the influence of the shape of the liquid';s building blocks on the nanoscopic flow behavior. Supplemental forced throughput experiments additionally address the impact of the liquid-substrate interaction. Furthermore, the influences of spatial confinement on the surface freezing transition of the linear hydrocarbon n-tetracosane as well as on the mesophase transitions of the liquid crystal 8OCB are investigated. Finally, a third, more general study focuses on the kinetics of the invasion front, which is supposed to be influenced significantly by the random environment of the pore space considered.
Kurzfassung auf Deutsch: Das Themengebiet meiner Dissertation umfasst rheologische und dynamische Eigenschaften von Flüssigkeiten in einem isotropen Porennetzwerk einer monolithischen Glasmatrix (poröses Vycor). Die Porenradien betragen dabei etwa 5 nm. Die durchgeführten Experimente beruhen auf dem Prinzip des Kapillarsteigens einer benetzenden Flüssigkeit in einem porösen Substrat (spontane Imbibition). Ein Schwerpunkt der Untersuchungen liegt auf dem zunehmenden Einfluss der Grenzfläche zwischen Fluid und Substrat als Folge der extremen, räumlichen Beschränkung. Analysen der Experimente mit Wasser, Silikonölen und einer Reihe Kohlenwasserstoffe liefern präzise Angaben zur hydrodynamischen Randbedingung beschrieben durch die sog. Schlupflänge. Systematische Variationen der Kettenlänge der verwendeten Kohlenwasserstoffe erlauben die Beurteilung der Bedeutsamkeit der Molekülform für das mikroskopische Fließverhalten. Dank einer alternativen Experimentführung kann man sich auch mit dem Einfluss der Benetzbarkeit der Flüssigkeit befassen. Darüber hinaus wird der Einfluss der räumlichen Beschränkung auf Phasenübergänge behandelt. Im Speziellen werden das Oberflächengefrieren eines Alkans und die Mesophasen eines Flüssigkristalls untersucht. Schließlich wird die Aufrauung der voranschreitenden Benetzungsfront beim Kapillarsteigen in dem mesoporösen Glas untersucht. Man erwartet, dass deren Bewegung durch die zufällige Netzwerk-Topologie entscheidend beeinflusst wird.
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