Struktur und Dynamik von komplexen Flüssigkeiten in beschränkten Geometrien : dynamische Lichtstreuung und Doppelbrechung

Abstract

Im ersten Teil der Arbeit wird der Aufbau eines Experiments zur dynamischen Lichtstreuung an Flüssigkeitsoberflächen vorgestellt. Die gemessenen Autokorrelationsfunktionen geben Einblick in das Spektrum thermisch angeregter Kapillarwellen und ermöglichen die Bestimmung der Oberflächenspannung und der Viskosität von Flüssigkeiten. Mit dieser Methode wird der Surface-Freezing-Phasenübergang von Tetrakosan untersucht. Dämpfung und Frequenz der Kapillarwellen weisen im Einklang mit vorangehenden Untersuchungen anderer Alkane eine Diskontinuitität am Phasenübergang auf. Bei der medium viskosen Ionenflüssigkeit [BMIM]BF4 können anhand des Übergangs von propagierenden zu überdämpften Kapillarwellen die Vorhersagen der linear-response-Theorie [4] und das Spektrum überprüft werden. Zudem wird die Bedeutung des homodynen Anteils in den Autokorrelationen diskutiert. Vergleichbare Messungen wurden 2006 an der European Synchroton Radiation Facility in Grenoble mit Photonenkorrelationsspektroskopie von Röntgenstrahlung unter streifendem Einfall durchgeführt. Im zweiten Teil der Arbeit werden kombinierte Sorptionsisothermen- und Doppelbrechungsmessungen präsentiert. Diese ermöglichen die Untersuchung der Orientierung adsorbierter optisch anisotroper Moleküle in porösem Silikatglas. Im Vergleich optisch anisotroper Moleküle mit isotropen Referenzmolekülen kann sowohl für Fluorbenzol als auch für Acetonitril eine schwache Ordnung der Moleküle in den ersten Monolagen nachgewiesen werden.

In the first part of the thesis the construction and functionality of an experiment for dynamic light scattering are described. The obtained autocorrelation functions give access to the spectra of thermally excited capillary waves and allow the determination of the surface tension and the viscosity of liquids. Using this technique the surface freezing phase transition of tetracosane is investigated. Like alkanes known from previous studies the damping and frequency of the capillary waves show a discontinuity at the point of surface freezing. With the moderately viscous ionic liquid [BMIM]BF4 predictions of the linear-response theory for the transition from propagating to overdamped modes and the spectra of the capillary waves can be verified. Additionally the importance of the homodyne contribution to the autocorrelation functions is discussed. Comparable measurements have been carried out in 2006 at the European Synchroton Radiation facility in Grenoble using Grazing Incidence X-Ray Photon Correlation Spectroscopy. In the second part of the thesis, combined sorption isotherm and birefringence measurements are presented that allow for the exploration of adsorbed anisotropic molecules in porous silica. Comparison of anisotropic with isotropic reference molecules reveals a weak orientational ordering within the first two monolayers both for fluorobenzene and acetonitrile.