Thermal Diffusion in binary Surfactant Systems and Microemulsions

In dieser Arbeit haben wir das Thermodiffusionsverhalten von mizellaren Systemen und Mikroemulsionen untersucht. Beide Systeme werden als Modellsysteme genutzt um zwei Fragestellungen zu beantworten. Die erste Fragestellung bezieht sich auf den Einfluss der Mizellenbildung nahe der kritischen Mizellenkonzentration (cmc) auf das Thermodiffusionsverhalten. Dazu untersuchen wir das Thermodiffusionsverhalten des nichtionischen Tensides n-Octyl beta-D-Glucopyranoside (C8G1) in Wasser, welches eine relativ hohe cmc bei 0.65 wt% besitzt, im Konzentrationsbereich zwischen w = 0.25 wt% und w = 2.0 wt% und im Temperaturbereich von T = 15 °C bis 60 °C in der klassischen und infraroten thermal diffusion forced Rayleigh scattering (TDFRS) Anlage. Zudem haben wir unabhangig von den TDFRS Messungen die kritische Mizellenkonzentration durch Oberflachenspannungsmessungen bestimmt. In der klassischen TDFRS Anlage zeigt das Tensidsystem unter Einfluss eines lichtabsorbierenden Farbstoffes eine ausgepragte Veranderung des Thermodiffusionskoeffizienten, DT, und des Soret Koeffizienten, ST, in der Nahe der cmc. Dieses Ergebnis weist in die gleiche Richtung wie eine kurzlich veroffentlichte Arbeit von Santos et al. [Phys. Rev. E 2008, 77, 011403], in der unter Farbstoffeinfluss ebenfalls eine deutliche Anderung des Messsignals in einem thermischen Linsenexperiment bei der cmc beobachtet wurde. Wir fanden zudem heraus, dass die Anderung des Thermodiffusionskoeffizienten, sowohl ohne Farbstoff als auch wenn die Laserwellenlange des Schreiblasers nicht durch den Farbstoff absorbiert wird, weniger stark ausgepragt ist. Bei hoheren Konzentrationen konnten wir einen temperaturabhangigen Vorzeichenwechsel des Soret Koeffizienten beobachten. Des Weiteren haben wir untersucht, ob strukturelle Anderungen, wie die Zahl der Kopfgruppen oder die Lange der Alkylketten einen Einfluss auf das Thermodiffusionsverhalten haben. Messungen an n-Heptyl beta-D-Glucopyranoside (C7G1) und an n-Octyl beta-D-Maltopyranoside (C8G2) zeigten ebenfalls eine signifikante Anderung der Thermodiffusionskoeffizienten an der cmc. Im hoheren Konzentrationsbereich konnten wir nicht nur den ST-Vorzeichenwechsel bestatigten, sondern durch Skalierung der Konzentration und des Soret Koeffizienten eine Masterkurve erhalten. Die zweite Fragestellung dieser Arbeit betrifft die Bestimmung der radialen Abhangigkeit des Soret Koeffizienten fur den bislang experimentell sowohl eine lineare als auch eine quadratische Grosenabhangigkeit gefunden wurde. Wir haben diese Fragestellung mithilfe von Mikroemulsionen untersucht, die wir als Modellsystem fur spharische Teilchen benutzt haben. Mikroemulsionen sind thermodynamisch stabile, nanoskopisch strukturierte, ternare Systeme aus Wasser, Ol und Tensid. Mikroemulsionen formen in den 1f-Regionen des Phasendiagramms auf der wasser- bzw. olreichen Seite o/w bzw. w/o Tropfchen. Grose und Form dieser Tropfchen lassen sich uber Temperatur-, Konzentrationsvariationen oder Zusammensetzung der Komponenten einstellen ohne dass sich die Chemie der Mikroemulsionstropfchen andert. Wir untersuchen H2O/ n-Alkan/Pentaethylene glycol monododecyl ether Mikroemulsionen nahe der unteren Entmischungsgrenze des Einphasengebietes auf der wasserreichen Seite, der sogenannten emulsification failure boundary (efb), an der die Mikroemulsionstropfchen kugelformig sind. Wenn man die Grose der Tropfchen andert indem man sich entlang der efb bewegt, verandert sich gleichzeitig auch die Temperatur. Deswegen wurde die Kettenlange des n-Alkanes variiert um Tropfchen unterschiedlicher Grose bei gleicher Temperatur zu studieren. Die untersuchten Mikroemulsionen decken einen Tropfchenradius von 4.72 nm (n-Tetradecan) bis 15.20 nm (n-Octan) ab. Allerdings andert sich dabei der Volumenbruch der Tropfchen zwischen 4.76 vol% (n-Tetradecan) und 10.50 vol% (n-Octan). Fur alle untersuchten Mikroemulsionen wurden Form, Grose und Wechselwirkungseffekte der Tropfchen mit Neutronenstreuung charakterisiert. Die Messungen auf der wasserreichen Seite ergaben eine lineare Abhangigkeit des Soret Koeffizienten vom Radius der Tropfchen. Erste Messungen auf der olreichen Seite bestatigen dieses Ergebnis.