Weiche Materie: Theorie und Experiment

Vorlesende:

Dr. Günter Auernhammer MPI für PolymerforschungTel.: 37-9113

Dr. Martin OettelAG Prof. BinderBüro: 01-317, Tel.: 39-23645

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Biologie

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physikalische Chemie

microscopic mesoscopic macroscopic

atoms

molecules

colloidspolymer superstructuresemulsion droplets

solids fluids

polymers

0,1 nm 1 nm 10 nm 100 nm 1 µm 10 µm 100 µm 1 mm

granular matter

1 ns 1 µs 1 ms 1 s

103 109 106 1012 1015 100 g/mol

Weiche Materiehttp://www.unifr.ch/physics/mm/pdm/pdmwm.html

Kleman/Lavrentovich, Soft Matter Physics, Springer 2003

Virtual textbook polymers and liquid crystalshttp://plc.cwru.edu/

Flüssigkristalle

de Gennes/Prost, The Physics of Liquid Crystals, Oxford 1993

Polymere

Rubinstein/Colby, Polymer Physics, Oxford 2003

Kolloide

Fennell/Evans/Wennerstrom, The Colloidal Domain, Wiley 1999

Hunter, Foundations of Colloid Science, Oxford

Strukturen in Weicher Materie

Polymerknäuel: Morphologie von verknoteten Schläuchen

Block-Copolymer: Mizelle

Tenside: Mizellbildung und Oberflächenadsorption

Tenside: Membranbildung

Tröpfchen-Emulsionen

Kolloid-Kristall: 1-μm- Silica-Kügelchen

Kolloide: GelstrukturDiblock-Copolymere: Superstrukturen

• Blut besteht aus Partikeln und Plasma

• Partikel: 99.9% rote Blutkörperchen (Erythrocyten) Weisse Blutkörperchen (Leukocythen), Blutplättchen• Plasma: 92% Wasser,

7% Plasmaproteine 1% andere gelöste Stoffe

• Der Hematocrit (H) ist der Feststoffgehalt (Volumenbruch)

Quellen: From www.biomedicalphysics.org:

Deetjen Speckmann Physiologie 1999

Fahreaus-Lindqvist-Effekt: in dünnen Kapillaren nimmt die Blutviskosität ab.

Ursache: Selbstfiltration, dh. der Hämatokrit sinkt; und Formveränderung der Erythrozyten, „Gänsemarsch“, verminderte Reibung

H = 0.45

blood_rheology

• Selbstreinigung von LotusblätternBeispiel: Farbstoffe

• Mikrostrukturen mit Nano-Wachs-Kristallen auf der Blattoberfläche

• Technische Umsetzung des Lotus-Effekts Beispiel: Fassadenfarben

• Oberfläche mit Lotus-Effekt

• Wasser• Schmutz-partikel

• Glatte Oberfläche (Easy-to-clean)

• Schmutzpartikel haften besser am Wassertropfen als an der Oberfläche und werden dadurch entfernt

• Starke Haftung: Schmutzpartikel werden durch Wasser nur verlagert

AUSTRALIEN

Coober Peedy Boulder

http://www.segnitopals.net.au/main/silica.html

Licht-Mikroskop

1 mm

10 µmRaster-Elektronenmikroskop

10 nm

TEM

x1 opake Flüssigkeit

x1000 Fett-Emulsion

x10.000 Casein Suspension

x100.000 Protein Suspension

Whey Proteine

Casein-Mizellen

Fett

Struktur von Milch: Mikroskopie

http://www.ilri.org/InfoServ/Webpub/Fulldocs/ILCA_Manual4/Toc.htm#TopOfPage

Yoghurt Saure Milch

Kasein-Mizellen:Entfernen der sterischen Stabilisierung, Gelierung

Whey Proteine: Abschirmen der elektrostatischen Stabilisierung, Koagulation