Untersuchung der Rotationsdynamik von ferromagnetischen Nanostäben in Polyethylenoxid-Lösungen

Abstract

Untersucht wird die Rotation von Ni-Nanostäben in verdünnten und halbverdünnten Polyethylenoxid(PEO)-Lösungen. Die Stäbe werden mittels AAO-Templatbasierter-Methode mit gleichem Durchmesser bei unterschiedlichen Längen hergestellt, mit TEM und optischer Transmissionmessung in statischen Magnetfeldern (SFOT) charakterisiert. Die Rotationsbewegung der Nanostäbe wird bei optischer Transmission in oszillierenden Magnetfeldern (OFOT) gemessen. Daraus werden die lokalen dynamischen Moduln der Polymerlösungen bestimmt. Der Effekt der Sondengröße wird im Verhältnis zu den intrinsischen Längenskalen der Polymerlösung durch Variation der Stabgröße, molaren Masse und Konzentration untersucht. Im Bereich halbverdünnter verschlaufter Lösungen wird in Abhängigkeit der hydrodynamischen Länge der Stäbe L_h und des Gyrationsradius des Polymers R_g, jedoch unabhängig von der PEO-Konzentration, eine signifikante Abnahme in der Nullscherratenviskosität beobachtet. Die relative Viskosität kann durch η_0{OFOT}/η_0{macro} = exp(- 5.6 R_g/L_h) approximiert werden. Die makroskopisch dynamischen Moduln der verschlauften Lösungen werden mittels oszillatorischer Schermessungen bestimmt. In den durch OFOT-Messungen ermittelten lokalen dynamischen Moduln zeigen sich mit abnehmender Sondengröße systematische Veränderungen. Diese deuten auf eine abnehmende Anzahl an Verschlaufungen hin, welche den physikalischen Ursprung des größenabhängigen Effekts in diesem speziellen Partikel/Polymer System erklärt.

The present study investigates the rotation of Ni nanorods, dispersed in dilute and semidilute poly(ethylene oxid) solutions. The nanorods are synthesized with similar diameter but different lengths by the AAO-template methode and characterized by transmission electron microscopy and static field-dependent optical transmission (SFOT) of linearly polarized light. From the rotational motion of nanorods, determined by oscillation magnetic field-dependent optical transmission (OFOT) measurements, the local dynamic modulus are derived of the polymer solutions. The effect of prob size relative to intrinsic length scales of the polymer solution is systematically investigated by variation of the nanorod size, polymer molar mass and concentration. A significant decrease in the zero-shear rate viscosity is observed in the semidilute entangled regime, which depends on the hydrodynamic length L_h of the nanorods and polymer radius of gyration R_g, but not on PEO concentration. The relative viscosity can be approximated by η_0{OFOT}/η_0{macro} = exp(- 5.6 R_g/L_h). The macroscopic dynamic modulus of the entangled polymer solutions are measured by small-amplitude oscillatory shear. The local dynamic modulus obtained from the OFOT measurements, exhibits systematic changes with decreasing size of the probe particles which indicate entanglement reduction as the physical origin of the size effect in this particular particle/polymer system.