Please use this identifier to cite or link to this item: doi:10.22028/D291-28450
Title: Self-assembly and evaporation of superparamagnetic colloids
Author(s): Darras, Alexis
Language: English
Year of Publication: 2019
DDC notations: 530 Physics
Publikation type: Doctoral Thesis
Abstract: The evaporation of colloidal droplets is an area of intensive research. From paint coating to blood analysis on crime scene, applications of patterning from evaporation of colloids are numerous and various. In our work, we aimed to bring highlight on how interactions between colloidal particles influence the eventual deposit's pattern. To do this we used superparamagnetic colloids as a way to have a tunable interaction with these particles. We first studied the in uence of dipolar interactions on the suspension of particles. We performed systematic experiments to characterize the thermodynamic equilibrium reached by the suspensions. We showed that tuning the viscosity parameter could be used to speed-up numerical simulations. We used this process in sped-up simulations in order to study a new range of volume fraction. We showed that high volume fraction conditions led to higher chains' length than expected. We proposed a modification of current models. We then focused on evaporating droplets. We began by reviewing the liquid flows in our suspensions. We showed there was a competition between coffee-ring flow and Marangoni instability. We then characterized the deposits left after evaporating suspensions under magnetic fields, and showed the influence of both this parameter and the Marangoni instability on the eventual deposits. We evidenced a transition in the deposit's behaviour when the DLVO interaction between the particles and the substrate becomes attractive.
Die Verdampfung kolloidaler Tropfen ist ein Gebiet intensiver Forschung. In unserer Arbeit wollen wir hervorheben wir die Interaktionen zwischen superparamagnetischen kolloidalen Partikeln die Muster in den Ablagerungen beeinflussen. Wir untersuchen zunächst den Einfluss dipolarer Wechselwirkungen auf die Suspension von Partikeln. Wir haben systematische Experimente durchgeführt, um das thermodynamische Gleichgewicht der Suspensionen zu charakterisieren. Wir haben gezeigt, dass eine Verringerung dieser Viskosität numerische Simulationen beschleunigen kann. Wir haben dieses Verfahren dann in beschleunigten Simulationen verwendet, um höhere Volumenfraktionen als üblich zu untersuchen. Wir haben gezeigt, dass die Kettenlängen für hohe Volumenfraktionen göÿer sind als erwartet und eine Modifikation aktueller Modelle vorgeschlagen. Wir dann auf die Verdampfung Tropfen konzentriert. Wir haben mit der Überprüfung der Flüssigkeitsströme unserer Suspensionen begonnen und gezeigt, dass es einen Wettkampf zwischen dem Kaffeeringeffekt und der Marangoni-Instabilität gibt. Dann haben wir die unter den Magnetfeldern entstanndenen Ablagerungen charakterisiert und den Einfluss dieses Parameters sowie der Marangoni-Instabilität auf die Endablagerungen gezeigt. Wir haben einen Übergang im Ablagerungsverhalten hervorgehoben, wenn die Wechselwirkung zwischen den Partikeln und dem Substrat attraktiv wird.
L'évaporation de gouttes colloïdales est actuellement un sujet d'intenses recherches. Dans notre travail, nous avons voulu mettre en évidence comment les interactions entre les particules colloïdales influencent le dépôt, à l'aide de colloïdes superparamagnétiques. Nous avons d'abord étudié l'influence des interactions dipolaires sur la suspension de particules. Nous avons caractérisé l'état d'équilibre thermodynamique atteint par les suspensions avec des mesures expérimentales systématiques. Nous avons montré que diminuer la viscosité pouvait être un moyen d'accélérer des simulations numériques. Nous avons utilisé ce processus pour accélérer des simulations et étudier une gamme de fractions volumiques jusqu'alors inexplor ée. Nous avons montré que des fractions volumiques élevées conduisaient à des chaînes plus longues que prédit. Nous avons alors proposé une modification des modèles actuels. Nous nous sommes alors concentrés sur les gouttes en évaporation. Nous avons examiné les flux dans nos suspensions et montré qu'il existait une concurrence entre l'effet "coffee-ring" et l'instabilité de Marangoni. Nous avons alors caractérisé les dépôts obtenus sous un champ magnétique constant, et montré l'inflence de ce paramètre et de l'instabilité de Marangoni sur ces dépôts. Nous avons mis en évidence une transition dans le comportement des dépôts lorsque l'interaction entre les particules et le substrat devient attractive.
Link to this record: urn:nbn:de:bsz:291--ds-284507
hdl:20.500.11880/27883
http://dx.doi.org/10.22028/D291-28450
Advisor: Wagner, Christian
Date of oral examination: 26-Jun-2019
Date of registration: 25-Sep-2019
Faculty: NT - Naturwissenschaftlich- Technische Fakultät
Department: NT - Physik
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