Die Benetzbarkeit und Nichtbenetzbarkeit von Oberflächen durch eine Flüssigkeit sind
faszinierende und wichtige Phänomene in Wissenschaft und Technologie. Jüngst wurde
entdeckt, dass Partikel die Benetzung einer Wasseroberfläche durch ein Öl unterstützen
können. Es wurde eine Theorie entwickelt, das Prinzip der zu beschreiben. In der vorliegenden
Doktorarbeit wurde diese Theorie im Experiment sowohl qualitativ als auch quantitativ
untersucht, wobei zwei Arten von Kieselgelpartikeln Verwendung fanden.
Mit Hilfe einer Reihe unregelmäßig geformter Partikel mit variierender Hydrophobie
wurde der Einfluss der Oberflächenhydrophobie der Partikel auf die partikel-assistierte
Benetzung untersucht. Es wurde herausgefunden, dass die Partikel mit höchster Hydrophilie
Linsen aus reinem Öl bilden, während die Partikel in die Wasserphase abtauchen.
Die Partikel mit größter Hydrophobie hingegen bewirken die Ausbildung von kleinen Bereichen,
in denen Öl und Partikel eine stabile homogene Schicht formen. Für Partikel mit
mittlerer Hydrophobie wurden beide Phänomene beobachtet. Diese drei verschiedenen
Beobachtungen bestätigen, dass die Oberflächenhydrophobie der Partikel das Benetzungsverhalten
des Öls auf der Wasseroberfläche bestimmen.
Für die unregelmäßig geformten Partikel war aufgrund des unbekannten Kontaktwinkels
ein direkter Vergleich zur Theorie nicht möglich. Um die Theorie quantitativ zu prüfen,
wurden sphärische Partikel synthetisiert und ihre Oberflächen mit Hilfe von zehn Silanisierungsmittel
modifiziert. Anschließend wurde ein Vergleich der experimentellen Ergebnisse
mit dem entsprechenden theoretischen Phasendiagramm durchgeführt. Die Untersuchungen
zeigten, dass die theoretischen Vorhersagen zum Großteil mit den experimentellen
Ergebnissen übereinstimmen. Es wurden alle Fälle der Benetzung beobachtet, die
auch in der theoretischen Beschreibung berücksichtigt wurden. Darüber hinaus wurden
auch Abweichungen von der Theorie festgestellt. Haben die Partikel ähnliche Affinitäten
zur Luft/Öl- und Öl/Wasser-Grenzfläche, hängt die Beschaffenheit der Benetzungsfilme
zusätzlich vom Oberflächendruck ab. Deshalb könnte es notwendig sein, die einfache
Theorie zu erweitern um den beschriebenen Beobachtungen Rechnung zu tragen. / Wetting and de-wetting of surfaces by a liquid are fascinating and important phenomena
in science and technology. Recently, it was discovered that particles can assist the wetting
of a water surface by an oil, and a theory describing the principle behind particle assisted
wetting was developed. In this thesis, the theory was experimentally investigated qualitatively
and quantitatively by using two series of silica particles.
The influence of the surface hydrophobicity of the particles on particle assisted wetting
was investigated by a series of irregular shaped particles with varying hydrophobicity. By
applying mixtures of particles and oil to a water surface, it was found that for the most
hydrophilic particles, only lenses of pure oil formed, with the particles being submerged
into the aqueous phase. The most hydrophobic particles helped to form patches of stable
homogenous mixed layers composed of oil and particles. For particles with intermediate
hydrophobicity, lenses and patches of mixed layers were observed. These three different
observations verified that the hydrophobicity of the particle surface determines the wetting
behaviour of the oil at the water surface.
For the irregular shaped particles with unknown contact angles with liquid interfaces, no
direct comparison to the theory was possible. To test the theory quantitatively, a series of
spherical particles was synthesized and their surfaces were modified by ten kinds of silane
coupling agents; then the experimental results were compared with the corresponding
theoretical phase diagram. It indicated that the theory agrees at large with the experimental
results. All scenarios of wetting layers taken into account in the theoretical description
were observed. In the fine print, deviations from the theory were also observed. If the particles
have similar affinities to air/oil and oil/water interfaces, the experimentally observed
morphology of the wetting layers depends in addition on the surface pressure. It
might therefore be necessary to extend the simple theoretical picture to take these observations
into accounts.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:17741 |
| Date | 10 September 2007 |
| Creators | Ding, Ailin |
| Contributors | Goedel, Werner A., Spange, Stefan, Binks, Bernie P., Technische Universität Chemnitz |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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