Rheology and dynamics of simple and complex liquids in mesoporous matrices [Elektronische Ressource] / von Simon Alexander Grüner
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Published 01 January 2010
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Language English
Document size 5 MB

Exrait

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Rheology and Dynamics of
Simple and Complex Liquids
in Mesoporous Matrices
Dissertation
zur Erlangung des Grades
des Doktors der Naturwissenschaften
der Naturwissenschaftlich-Technischen Fakultät II
– Physik und Mechatronik –
der Universität des Saarlandes
von
Simon Alexander Grüner
Saarbrücken
2010
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STag des Kolloquiums: 21. Juli 2010
Dekan: Univ.-Prof. Dr. rer. nat. C. Becher
Mitglieder des
Prüfungsausschusses: Univ.-Prof. Dr. rer. nat. H. Rieger (Vorsitz)
Priv.-Doz. Dr. rer. nat. P. Huber (Gutachter)
Univ.-Prof. Dr. rer. nat. R. Pelster (Gutachter) Dr. rer. nat. O. Paris (Gutachter)
Dr. rer. nat. H. Wolf (Akademischer Mitarbeiter)Affidavit
I hereby swear in lieu of an oath that I have independently prepared this thesis
and without using other aids than those stated. The data and concepts taken
over from other sources or taken over indirectly are indicated citing the source.
The thesis was not submitted so far either in Germany or in another country in
the same or a similar form in a procedure for obtaining an academic title.
Saarbrücken, March 9th, 2010
Simon Alexander GrünerAbstract
Subject of my thesis is a study of rheologic and dynamic properties of fluids
confined in an isotropic pore network with pore radii of∼ 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
themeasurementscarriedoutwithwater, siliconoils, andaseriesofhydrocarbons
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 transi-
tion of the linear hydrocarbon n-tetracosane as well as on the mesophase
tions 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 influ-
enced significantly by the random environment of the pore space considered.
Kurzdarstellung
Das Themengebiet meiner Dissertation umfasst rheologische und dynamische
Eigenschaften von Flüssigkeiten in einem isotropen Porennetzwerk einer mono-
®lithischen Glasmatrix (poröses Vycor ). Die Porenradien betragen dabei etwa
5nm. Die durchgeführten Experimente beruhen auf dem Prinzip des Kapil-
larsteigens 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
ReiheKohlenwasserstoffeliefernpräziseAngabenzurhydrodynamischenRandbe-
dingung 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 Phasenüber-
gänge behandelt. Im Speziellen werden das Oberflächengefrieren eines Alkans
unddieMesophaseneinesFlüssigkristallsuntersucht. SchließlichwirddieAufrau-
ung der voranschreitenden Benetzungsfront beim Kapillarsteigen in dem meso-
porösen Glas untersucht. Man erwartet, dass deren Bewegung durch die zufällige
Netzwerk-Topologie entscheidend beeinflusst wird.Was ist das Schwerste von allem?
Was Dir am Leichtesten dünkt:
Mit den Augen zu sehen,
was vor den Augen dir liegt.
(Johann Wolfgang von Goethe)