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Nachwuchsgruppe Dr. Marisol Ripoll

Thermodiffusion komplexer Flüssigkeiten mit mesoskopischen hydrodynamischen Simulationen

Ein Temperaturgradient in einem fluiden System verursacht nicht nur einen Energiestrom, sondern auch einen Massenstrom. Dieser Effekt ist als Thermodiffusion bekannt. Ziel der Arbeitsgruppe ist es, die Mechanismen thermischer Diffusion in konzentrierten Kolloidlösungen aufzuklären. Solche Lösungen werden als komplexe Flüssigkeiten bezeichnet und bestehen aus kleinen Partikeln (kugel-, stab-, oder scheibenförmig), Makromolekülen (Polymere, Proteine) oder Membranen (Vesikel, Zellen) auf einer Größenskala von Nano- bis Mikrometern, die in einem Lösungsmittel dispergiert sind. In den meisten Kolloidsystemen von biologischer Relevanz (Membranen, DNA, Proteine) oder technologischer Bedeutung (Farben, Kühlflüssigkeiten in Zerspanungsverfahren) spielen temperatur- bzw. konzentrationsbedingte Effekte eine wichtige Rolle.

In der Nachwuchsgruppe werden rechnergestützten Simulationen durchgeführt unter Verwendung einer speziellen Technik, die als "Multiparticle Collision Dynamics" bezeichnet wird. Diese neuenartige mesoskopische Methode berücksichtigt hydrodynamische Wechselwirkungen, thermische Fluktuationen und nichtisotherme Bedingungen auf natürliche Art und Weise. In einem ersten Schritt untersuchen wir die Eigenschaften konzentrierter Lösungen aus sphärischen Kolloiden unter dem Einfluss thermischer Inhomogenitäten. Weitere Studien beschäftigen sich mit Effekten, die aus der Form und Flexibilität der Partikel resultieren, wobei z. B. stabförmige Kolloide und Polymere untersucht werden sollen. Ein ebenso wichtige Forschungsaspekte für die Gruppe ist die Abhängigkeit der Thermodiffusion von der Kopplung eines Temperaturgradienten an externe Felden (Scherfluss, Kapillarfluss), Randbedingungen (Wände) und Wechselwirkungen der Kolloiden untereinander.

 

Dr. Marisol Ripoll


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