Prof. Stühn

Wir beschäftigten uns mit der Physik weicher Materie.

Darunter versteht man im Allgemeinen ein weit gefächertes Gebiet von Materialien wie Polymere, Flüssigkristalle, Kolloide, Gele und mehr. Die Physik studiert grundlegende Prinzipien und Mechanismen, die für die Eigenschaften solcher Materialien verantwortlich sind.

Ein wesentliches Merkmal der Forschung an weicher Materie ist die Interdisziplinarität. Wir arbeiteten mit Gruppen in der Chemie und der theoretischen Physik zusammen.

Polymere sind bezüglich ihrer Ausdehnung zwischen atomaren und makroskopischen Längen einzuordnen. Sie ermöglichen spezielle Formen der Strukturbildung und der Dynamik. Wir fragten uns nach dem Einfluss von Einschränkung auf diese Vorgänge. Dazu ist die eingehende Charakterisierung der nanoporösen Materialien erforderlich.

Aus Wasser, Öl und Tensid können stabile, nanoskopisch strukturierte Flüssigkeiten gebildet werden. Dabei trennt ein Tensidfilm die Wasser- von der Ölphase. Wir untersuchen insbesondere die Tröpfchenphase und deren Modifikation durch Polymere. Polymere können als vernetzende Bögen das Tröpfchensystem in ein Netzwerk überführen oder sich im Inneren oder Äußeren der Tröpfchen anlagern.

Das im Tröpfchen eingeschlossene Wasser weist eine vom Volumen abweichende Dynamik auf, die wir mit quasielastischer Neutronenstreuung untersuchten.

Die glasige Erstarrung ist eine wesentliche Eigenschaft vieler weicher Materialien. Wird untersuchten die glasige Erstarrung in binären Systemen in einem von der DFG geförderten Projekt mit dynamischer Lichtstreuung.

Mikroemulsionen stellen ein besonders interessantes System für die glasige Erstarrung dar. Sowohl die kontinuierliche Matrix als auch die im Tröpfchen eingeschlossene Flüssigkeit können einen Glasübergang zeigen. Es ist somit möglich, den Glasübergang einer Flüssigkeit in einem eingeschränkten Volumen für unterschiedliche Situationen zu untersuchen: harte und weiche Einschränkung.

Die Untersuchung weicher Materie erfordert häufig die Kombination unterschiedlicher experimenteller Methoden.

In unserer Arbeitsgruppe werden insbesondere Experimente zur Strukturuntersuchung mit Streumethoden verwendet und weiterentwickelt. Hinzu kommen Experimente zur Polymercharakterisierung und zur Bestimmung spezifischer Größen im Zusammenhang mit den jeweiligen Forschungsprojekten.

Röntgenkleinwinkelstreuung wird an zwei Apparaturen betrieben.

Ein Pinholesystem ist mit einer sehr variablen Probenkammer und einem 2D Detektor.

Eine klassische Kratky Kompakt Kamera wird für Messungen an isotrop streuenden Systemen eingesetzt.

Röntgendiffraktometrie und –reflektometrie wird mit einem Bruker D8 Advance Diffraktometer realisiert. Insbesondere sind auch Messungen an flüssig-gas Grenzflächen möglich.

Eine Anlage zur Lichtstreuung, in der Avalanche Photodioden, ein ALV Hardwarekorrelator und ein optischer Kryostat miteinander kombiniert werden, ermöglicht Photonenkorrelationsspektroskopie in einem weiten Temperaturbereich.

An zwei Apparaturen wird die frequenzabhängige dielektrische Funktion (meist) flüssiger Proben im weiten Temperaturbereich untersucht. Die Kombination der beiden Apparaturen ergibt einen großen Frequenzbereich von mHz bis GHz.

Zur Charakterisierung von Polymeren aber auch zur Untersuchung des Glasüberganges wird eine DSC von TA Instruments eingesetzt. Sowohl die üblichen DSC Experimente als auch temperaturmodulierte Messungen sind damit möglich.

Zwei Apparaturen werden zur Messung von Isothermen an monomolekularen Schicht auf einer flüssigen Subphase verwendet.