Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät

Institut für Chemie

Fachgebiet: Physikalische Chemie

Betreuer: Prof. Dr. Joachim Wagner



M. Sc. Falko Ziegert
(e-mail: falko.ziegert@uni-rostock.de )

Structure-dynamics relations in mixtures of highly charged polymer colloid dispersions

In der vorliegenden Arbeit werden Struktur-Dynamik-Beziehungen in binären und ternären Mischungen hochgeladener, sphärischer Polymerkolloide untersucht. Experimentellen Zugang zu Struktur und Dynamik liefern statische und quasielastische Lichtstreuexperimente, die mit Index-Matching selektiv die Bestimmung partieller Strukturfaktoren Sij(Q) und intermediärer Streufunktionen Sij(Q,t) ermöglichen. Um den Brechungsindex protischer Wasser/Glycerol-Mischungen auf denjenigen der Polymerpartikel einstellen zu können, wird als kolloidales Modellsystem eine neue Klasse von Copolymer-Partikeln aus Alkyl- und Perfluoroalkylacrylaten entwickelt. Die theoretische Beschreibung erfolgt mit Hilfe von Integralgleichungen und Brownscher Dynamik. Hierzu wird der Ermak-Algorithmus auf Mischungen verschiedener Partikelklassen erweitert. Aus den Trajektorien werden Raum-Zeit-Korrelationsfunktionen berechnet, die mittels räumlicher Fourier-Transformation in die partiellen, intermediären Streufunktionen und Strukturfaktoren überführt werden können. Hiermit ist ein direkter Vergleich mit experimentellen Lichtstreudaten möglich.

In this work structure-dynamics relations in binary and ternary mixtures of highly charged, spherical polymer colloids are investigated. Experimental access to structure and dynamics is provided by static and quasi-elastic light scattering experiments, that enable a selective determination of partial structure factors Sij(Q) and intermediate scattering functions Sij(Q,t) by index-matching. To adjust the refractive index of water/glycerol mixtures to that of the polymer particles, a new class of copolymer particles consisting of alkyl and perfluoroalkyl acrylates is developed as a colloidal model system. Integral equations and Brownian Dynamics are employed for a theoretical description. To that end the Ermak algorithm is extended to mixtures of different particle classes. From the trajectories space-time correlation functions are determined, which may be converted into partial, intermediate scattering functions and structure factors by spatial Fourier transform. Thus, a direct comparison with experimental light scattering data is possible.