Gläser: Auf die Größe kommt es an

  • 09. August 2017

Teilchengröße beeinflusst Glasbildung – und Dispersions­farben.

Kristalle besitzen eine regelmäßige innere Ordnung. Gläser dagegen sind amorph – ihnen fehlt die innere Ordnung und die Anord­nung ihrer Bestand­teile ist zufällig. Viele Eigen­schaften von Gläsern insbe­sondere im mikro­sko­pischen Bereich sind bis­lang unzu­reichend ver­standen. Forscher der Uni Düssel­dorf haben zusammen mit einem Kollegen von der Univer­sidad de Guana­juato in León in Mexiko mit einem Modell­system unter­sucht, wie die Glas­bildung ein­setzt und wie diese von der Größe der Partikel, aus denen sich das Glas zusammen­setzt, abhängt.

Lasermikroskop

Abb.: Mit einem konfokalen Lasermikroskop kann die Bewe­gung ein­zel­ner Teil­chen inner­halb der kollo­i­dalen Suspen­sion live ver­folgt und aus­ge­wertet werden. (Bild: J. Müller, U. Düssel­dorf)

Die Wissenschaftler haben dazu kolloidale Gläser untersucht, in diesem Fall kleine Plastik­kügel­chen im Mikro­meter­bereich in einer Flüssig­keit. Mit zuneh­mender Konzen­tra­tion nimmt die Beweg­lich­keit der Kügel­chen immer weiter ab, bis sie sich schließ­lich ver­fes­tigen. Wenn die Kügel­chen alle iden­tisch groß sind, bilden sie dann eine regel­mäßige Kristall­struktur. Aber vari­iert die Größe nur um wenige Prozent, so stört das die Ordnung und ein glas­artiger Körper ent­steht.

Bei ihren Untersuchungen haben die Forscher die Konzen­tra­tion der Kügel­chen variiert und dann ihre jewei­lige Größe und Bewe­gung bestimmt. Die Prozesse bei der Verfes­tigung beob­achten die Forscher mittels optischer Methoden. So konnten sie mit einem kon­fokalen Laser­mikro­skop live abbilden, wie sich die ein­zelnen Teilchen bewegen.

Die untersuchten Vorgänge bestimmen beispielsweise, ob sich eine kollo­idale Suspen­sion wie ein Fest­körper oder wie eine Flüssig­keit verhält. So sind die Unter­suchungen auch für Maler wichtig. „Eine Disper­sions­farbe ist eine kollo­idale Suspen­sion, die neben ihrer Farbe eine weitere wich­tige Eigen­schaft besitzen muss“, erläutert Stefan Egel­haaf von der Uni Düssel­dorf. „Während sie mit dem Pinsel auf die Wand gestrichen wird, muss sie gut fließen und sich deshalb wie eine Flüssig­keit ver­halten. Nach­dem sie aufge­bracht wurde, sollte sie aber einem Fest­körper gleichen und nicht die Wand hinunter laufen.“ Diese Eigen­schaften hängen ent­schei­dend von der Größen­ver­teilung und Konzen­tra­tion der Farb­partikel ab. So dient die Studie aus der Physik auch einem gleich­mäßigen Wand­anstrich.

HHU / RK

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