14 Externe wissenschaftliche Einrichtungen

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2005 - 20082

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Publication Type: search.filters.UBSTyp.Abschlussarbeit (Diplom)Subject: search.filters.subject.530

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    ItemOpen Access
    Density profiles of ionic liquids at a hard wall
    (2008) Schramm, Sebastian M.
    In this work a high energy x-ray reflectivity study of deeply buried interfaces between room temperature ionic liquids (RTILs) and a sapphire hard wall is reported. For the first time the interfacial structure was obtained with molecular resolution. The experiments have been carried out at beamline ID15A (ESRF, Grenoble) using the HEMD (High Energy Micro Diffraction) instrument. The thorough analysis of the experimental reflectivities gives clear evidence of a pronounced molecular layering at the RTIL-solid interface. The periodicity of the molecular layering corresponds to correlation distances in the bulk liquid RTILs. The values of the surface tension seem to be unrelated to the interfacial structure. RTILs are molten salts consisting solely of ions with a melting point below 100 °C. Most RTILs are composed of relatively large (polyatomic) organic cations and inorganic anions. In the last few years the interest in them experienced an enormous growth. Their unique and useful properties like non-volatility, low melting point, and a wide electrochemical window render them suitable for a wide range of applications, i.e. as green solvents, or as electrolytes in a variety of electrochemical processes. In most of the applications of RTILs the RTIL-solid interface plays a crucial role. Four different RTILs were studied. Two of them share the same cation, 1-butyl-3-methylimidazolium, with the most widely used and extensively studied anions, tetrafluoroborate and hexafluorophosphate. The other two RTILs fall into a more recent class of RTILs with higher electrochemical stability. They share the same anion, bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, and a pyrrolidinium-based and an imidazolium-based cation, respectively. The systematic exchange of the ion types within these four RTILs revealed a distinct impact of the ion pair on the interfacial behavior. Sapphire wafers with a (0001) surface served as a model system for a hard wall. Further information on interactions within the probed systems was gained by measurements of the interfacial tensions with air and n-hexane for all four RTILs at ambient condition. The surface tension of the RTILs is higher than the one for n-hexane but still smaller than the one for water. The measurements revealed that small changes in the nature of the ions have only a minor impact on the value of the surface and interfacial tension. In order to correlate the results for the interfacial structures with the bulk properties of the RTILs, bulk liquid x-ray scattering experiments were carried out at all four RTILs. These measurements revealed the presence of significant spatial correlations.
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    ItemOpen Access
    Molekulardynamik feuchter granularer Medien
    (2005) Goll, Christian Martin
    Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung eines feuchten granularen Mediums mit Hilfe einer Molekulardynamik-Simulation. Für die Simulation wurden zwei verschiedene mikroskopische Modelle von Wasserbrücken zwischen den einzelnen Teilchen des Granulats verwendet. Beide besitzen aufgrund ihrer Hysterese eine Dissipation in der Energie. Das Medium wird durch ein von außen angelegtes Potential geschert. In Abhängigkeit der Stärke dieses Potentials zeigt es einen Phasenübergang von fest nach flüssig. Die feste und flüssige Phase wird mit Hilfe der Diffusionskonstante $D$ und der granularen Temperatur $T_{Gran}$ von einander unterschieden. Der Phasenübergang wurde gefunden und dessen Parameter in Abhängigkeit der Dichte und Form der Wasserbrücken vorläufig bestimmt. Zusätzlich wurde die Anzahl der Wasserbrücken pro Teilchen für die Simulation ermittelt und mit experimentellen Daten verglichen. In Zukunft soll ein Vergleich zwischen Computer-Tomographie Daten und der Simulation mit der Hilfe von Minkowski-Funktionalen stattfinden. Der Programm-Code der Molekulardynamik-Simulation wurde durch die Simulation eines Lennard-Jones-Fluids überprüft. Für das LJ-Fluid konnte die kritische Isotherme in Übereinstimmung mit den aus der Literatur bekannten Werten gemessen werden. Die kritischen Fluktuationen der Teilchen des LJ-Fluids wurden gemessen und mit Hilfe der Minkowski-Funktionale analysiert und qualitativ beschrieben. Mit Hilfe einer Gausschen Näherung der Minkowski-Funktionale, konnte gezeigt werden, dass für die Beschreibung dieser Fluktuationen die 2-Punkt-Korrelationsfunktion nicht ausreichend ist, sondern zusätzlich $n$-Punkt-Korrelationsfunktionen verwendet werden müssen. Für die Gausschen Näherungen konnte eine Divergenz der Minkowski Funktionale bei der kritischen Temperatur $T^*_c$ und somit ein Skalierungsverhalten nachgewiesen werden. Ein Test dieses Verhaltens steht für die vollen Minkowski-Funktionale noch aus. Auch die Bestimmung der kritischen Exponenten war aufgrund numerischer Fehler nicht möglich. Das kritischen Verhalten der Minkowski Funktionale muss aber noch für weitere Systeme, wie z.B. für das 3-D-Isingmodell, untersucht werden. Es wurden bisher auch keine Auswirkungen von finite-size-Effekten untersucht.