Inhalt
Kolloide sind Systeme, bei denen Teilchen mit charakteristischen Größen von 1nm bis 1µm in einem anderen Stoff – meistens einer Flüssigkeit – feinverteilt (dispergiert) sind. Die Teilchen sind also größer als Moleküle, aber kleiner als makroskopische Körper. Sie besitzen eine sehr große Grenzfläche zu ihrer Umgebung, d.h. dem Dispersionsmittel.
Die Veranstaltung führt zunächst in die Kolloidchemie und Kolloidphysik ein, die die Grundlagen für die Kolloidprozesstechnik darstellen. Kolloidprozesstechnik beschäftigt sich mit der Verfahrenstechnik von Kolloiden und ihrer Verarbeitung zu Materialien. Ihre Beherrschung bildet die Voraussetzung für die Herstellung vieler Systeme, in denen Nanopartikel eingesetzt werden, wie z.B. Pasten, Papier, Farben und Lacken, keramischen Festkörpern und spielen bei wichtigen Prozessen zur Herstellung von Nanopartikeln eine wesentliche Rolle.
Themen der Veranstaltung sind unter anderem:
- Wechselwirkung in kolloidalen Systemen
- Dynamik von Kolloiden
- Oberflächen- und Grenzflächenchemie
- Funktionalisierung
- Dispergierung und Stabilisierung
- Grenzflächenerzeugung: Sole und Gele
- Materialien aus Kolloiden
- Rheologie
Dabei werden die physikalischen und chemischen Grundlagen, die entsprechende Messtechnik und Anwendungen behandelt.
Lehrbücher
zur Einführung:
- G. Brezesinski und H.-J. Mögel, Grenzflächen und Kolloide, Spektrum Akad. Vlg., Hdg. (1993)
- R. J. Hunter, Introduction to Modern Colloid Science, Oxford Science Publisher 1994
zur Vertiefung:
- D. F. Evans and H. Wennerström, The Colloidal Domain – Where Physics, Chemistry, Biology and Technology meet, Wiley-VCH 1999
- P. C. Hiemenz and R. Rajagopalan, Principles of Colloid and Surface Chemistry, CRC 1997
- C. J. Brinker and G. W. Scherer, Sol-Gel-Science, Academic Press 1990
- H.-D. Dörfler, Grenzflächen und kolloid-disperse Systeme, Springer 2002
- J. Israelachvili, Intermolecular & Surface Forces, Elsevier 2005
- J. H. Fendler (ed.), Nanoparticles and Nanostructured Films: Preparation, Characterization and Applications, Wiley-VCH 1998
Moodle
Link zum moodle-Kurs: https://moodle.uni-due.de/course/view.php?id=47933
Material zur Vorlesung
Das von uns zur Verfügung gestellte Material dient allein Ihrem Studium. Jede weiterführende Nutzung, z.B. Verbreitung im Internet, ist unzulässig. Das Material wird jeweils spätestens am Tag der Veranstaltung bereitgestellt.
- Einführung (11.10.24)
- Grenzflächenthermodynamik und Oberflächenchemie (25.10.24)
- Partikel-Partikel-Wechselwirkungen (8.11.24)
- DLVO Theorie und kolloidale Stabilität (15.11.24)
- Stabilisierung und Deagglomeration (22.11.24)
- Festkörper aus Kolloiden (29.11.24)
- Beschichtung und Trocknung (29.11.24)
- Drucken (13.12.24)
- Messtechnik 1: Lichtstreuung (20.12.24)
- Messtechnik 2: Kleinwinkelstreuung (10.1.25)
Literatur zur Vorlesung
- P. P. Edwards and J. M. Thomas, Gold in a Metallic Divided State—From Faraday to Present-Day Nanoscience, Ang. Chem. Int. Ed. 46 (2007), 5480
- L. L. Hench and J. K. West, The Sol-Gel Process, Chem. Rev. 90 (1990), 33-72
- T. Hofmann, Die Welt der vernachlässigten Dimensionen – Kolloide, Chemie in unserer Zeit 38 (2004), 24-35
- G. Lagaly, Colloids, Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry 2007
- J. Lewis, Colloidal Processing of Ceramics, J. Am. Ceram. Soc. 83 (2000) 2341–2359
- W. M. Sigmund, N. S. Bell, and L. Bergström, Novel Powder-Processing Methods for Advanced Ceramics, J. Am. Ceram. Soc. 83 (2000), 1557–1574
- C. Knieke, M. Sommer, W. Peukert, Identifying the apparent and true grinding limit, Powder Techn. 195 (2009), 25
- P. Sarkar and P. S. Nicholson, Electrophoretic Deposition (EPD): Mechanism, Kinetics, and Application to Ceramics, J. Am. Ceram. Soc. 79 (1996), 1987
- F. Juillerat, P. Bowen, and H. Hofmann, Formation and Drying of Colloidal Crystals Using Nanosized Silica Particles, Langmuir 22 (2006), 2249-2257
- E. Tekin, P. J. Smith, and U. S. Schubert, Inkjet printing as a deposition and patterning tool for polymers and inorganic particles, Soft Matter 4 (2008), 703
- B. Derby and N. Reis, Inkjet Printing of Highly Loaded Particulate Suspensions, MRS Bull. 11/2003, 815
- P. A. Hassan, S. Rana, and G. Verma, Making Sense of Brownian Motion: Colloid Characterization by Dynamic Light Scattering,Langmuir 31 (2015), 3-12
- A. Rawle, PCS in 30 Minutes, Malvern 1993
- L. Sabo und T. Jacob, Grundlagen Elektrochemischer Doppelschichten, Bunsen-Magazin 16 (2014), 260-266
- L. T. Li A. J. Senesi, and B. Lee, Small Angle X‐ray Scattering for Nanoparticle Research, Chem. Rev. 116 (2016), 11128-11180
Literatur zum Seminar
- V. L. Colvin, From Opals to Optics:Colloidal Photonic Crystals, MRS Bulletin 8/2001, 637
- Y. A. Vlasov, X. Z. Bo, J. C. Sturm and D. J. Norris, On-chip natural assembly of silicon photonic bandgap crystals, Nature 414 (2001), 289
- M. E. Leunissen, C. G. Christova, A. P. Hynninen, C. P. Royall, A. I. Campbell, A. Imhof, M. Dijkstra, R. van Roij and A. van Blaaderen, Ionic colloidal crystals of oppositely charged particles, Nature 437 (2005), 235
- E. V. Shevchenko, D. V. Talapin, N. A. Kotov, S. O’Brien and C. B. Murray, Structural diversity in binary nanoparticle superlattices, Nature 439 (2006) 55