Flüssige Grenzphasensysteme - Struktur, optische und Grenzflächeneigenschaften

Abstract

Ober- und Grenzflächenphänomene spielen eine bedeutende Rolle in der Natur und ziehen sich durch alle Bereiche des täglichen Lebens. Die Kenntnis und Optimierung von Grenzflächeneigenschaften bildet in vielen Industriezweigen die Grundlage zur Verbesserung von Produktionsprozessen und Produkteigenschaften, die neben ökonomischen in zunehmendem Maße auch ökologischen Ansprüchen genügen müssen. In der vorliegenden Arbeit werden die theoretischen Konzepte der DFT zur Beschreibung flüssiger Ober- und Grenzflächen reiner Flüssigkeiten und ihrer Mischungen unter Einbeziehung der Nahordung in einer Flüssigkeit angewendet und auf eine exakte Beschreibung der attraktiven Teilchen-Wechselwirkungen erweitert. Sie bilden die Grundlage für eine komplexe Modellierung der Grenzflächeneigenschaften unter Einbeziehung optischer Eigenschaften, wie Elliptizität und spekulare Röntgenreflektivität, sowie der Kapillarwelleneffekte. Zur Verifizierung der theoretischen Ergebnisse wurde eine Präzissionsapparatur zur Messung von Ober- und Grenzflächenspannung nach dem Pendant Drop Verfahren entwickelt. Sie ermöglicht exakte Messungen über große Wertebereiche bis hin zu sehr kleinen Grenzflächenspannungen in der Nähe von kritischen Entmischungspunkten.

Because of their wide spread in nature interfacial phenomena have attracted the attention of scientists for more than a century. Apart from its theoretical interest a detailed understanding of interfacial behaviour in liquids is crucial to many technological processes, as coating or adsorption, industrial separation or tertiary oil recovery is concerned and helps to develop industrial processes that meet ecological requirements. Within this work the theoretical concepts of Density Functional Theory were applied to liquid surfaces and interfaces and extended to an exact representation of attractive particle interactions. This forms the base of a complex modelling of liquid interfacial structure and properties considering also capillary waves and optical properties like elipticity and X-ray specular reflectivity. To verify theoretical findings a precision pendant drop apparatus for measuring surface and interfacial tension was developed that makes precise measurements over several magnitudes down to lowest interfacial tension possible.