Sedimentation binärer Mischungen: Phasenstapelung und Nichtgleichgewichtsdynamik

• Antragsteller: Professor Dr. Daniel de las Heras; Professor Dr. Matthias Schmidt
• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 436306241

Gravitative und thermische Energie sind von vergleichbarer Größe in kolloidalen Systemen. Als Folge davon ist Sedimentation ein komplexer Prozess insbesondere in kolloidalen Mischungen. Wir werden Computersimulation und Theorie verwenden, um einen allgemeinen Rahmen für die quantitative Beschreibung von Sedimentations-Diffusionsgleichegewicht (Teil I) und der Dynamik von Sedimentation (Teil II) für kolloidale Mischungen zu schaffen. Im Teil I werden wir Monte Carlo Simulation, klassische Dichtefunktionaltheorie und die kürzlich von uns entwickelte Theorie der Stapeldiagramme (stacking diagrams) verwenden, um zu untersuchen: (i) Sedimentation von Mischungen von kolloidalen Stäbchen, (ii) die Einfluss von Grenzflächeneffekten auf das Stapeldiagramm von kolloidalen Mischungen, und (iii) die Erweiterung des Stapeldiagramms auf ternäre und allgemeine multikomponentige Mischungen. Im Teil II werden wir analysieren: (i) Homogene und inhomogene stationäre Zustände kolloidaler Mischungen in einem Gravitationsfeld, (ii) Dynamik von Phasenseparation unter dem Einfluss von Gravitation, sowie (iii) the volle Zeitentwicklung der Sedimentation aus einem homogenen Anfangszustand zum finalen Sedimentations-Diffusionsgleichegewicht. Wir werden Brownsche Dynamik Simulationen verwenden um Resultate für die Zeitentwicklung des System zu erhalten, und als interessante Größe insbesondere für das interne Einteilchen-Kraftfeld. Diese Resultate werden dazu dienen, um Powerfunktionalnäherungen zu entwickeln, die quantitativ dynamische Sedimentation über alle Größen und Längenskalen beschreiben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen