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NIM nanosystems initiative munich
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Friday, 31 October, 2008

Düsenflieger im Nanometerbereich

Temperaturgefälle bewegt Moleküle und lässt sie zu Kristallen zusammenfinden

Bei sehr großen Temperaturunterschieden verhalten sich Moleküle in einer Flüssigkeit wie ein Düsenflugzeug. Das Temperaturgefälle bewegt die Flüssigkeit an der Oberfläche der Teilchen. Dadurch werden diese in umgekehrter Richtung angetrieben. Diese als „Thermophorese“ bezeichnete Bewegung führt dann unter anderem zur Bildung von Kristallen. Das haben Physiker aus der Arbeitsgruppe von Professor Dieter Braun an der Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) München herausgefunden. Die im Rahmen der Nanosystems Initiative Munich (NIM) entstandene Forschungsarbeit wurde jetzt in der Fachzeitschrift „Physical Review Letters“ veröffentlicht.

Die Bewegung von Molekülen in einem Temperaturgefälle hat man bisher auf zwei Arten erklärt: Die eine Erklärung betrachtet einen Drang zur Unordnung (Entropie) als treibende Kraft. Die andere geht von gerichteten mikroskopischen Kräften aus, die für die Bewegung der Teilchen sorgen.

Für sehr starke Temperaturunterschiede hat der Physiker Franz Weinert in der Gruppe von Prof. Braun nun für Aufklärung gesorgt. Er hat experimentell gezeigt, dass sich die Flüssigkeit um die Partikel herum bewegt. Der Nachweis dieses so genannten Marangoni-Effektes gelang den Wissenschaftlern durch ein indirektes Verfahren. Sie haben die Anziehung zwischen Partikeln gemessen, die durch ein Temperaturgefälle auf eine Wand gedrückt werden. Als Effekt dieser Anziehung bilden sich unter anderem Kristalle an der kalten Wand. Aus den Messergebnissen konnten die Forscher dann auf das Fließverhalten der Partikel schließen.

Publikation: Observation of Slip Flow in Thermophoresis, Franz M. Weinert and Dieter Braun, Physical Review Letters 101, 168301 (2008)  http://link.aps.org/abstract/PRL/v101/e168301

 http://link.aps.org/abstract/PRL/v101/e168301

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