Technische Universität Wien
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2009-10-21 [

Jan Kurzidim

]

Per Hochschaubahn durch poröse Materie

Zähe Flüssigkeiten stellen eine technologische Herausforderung dar. Theoretische Physiker der TU eröffnen einen neuen Weg, dieser zu begegnen.

li.: Jan Kurzidim, re.: Daniele Coslovich

Bringt man eine Flüssigkeit in Kontakt mit poröser z.B. schwammartiger Materie, so ändern sich ihre physikalischen Eigenschaften grundlegend. In den vergangenen Jahren wurde in diesem Bereich intensiv geforscht, da diese Phänomene etwa in der Erdölförderung oder in der chemischen Katalyse eine zentrale Rolle spielt. Jan Kurzidim und Daniele Coslovich, zwei junge Mitarbeiter aus der Gruppe "Theorie der weichen Materie" (Arbeitsgruppe Gerhard Kahl am Institut für Theoretische Physik) haben in einem vom FWF geförderten Projekt mit Hilfe von aufwändigen Computersimulationen untersucht, wie ein komplexes Netzwerk aus Poren die Bewegung von Flüssigkeiten hoher Dichte beeinflusst. Dabei konnten sie neue, unerwartete Erkenntnisse gewinnen, die sie vor kurzem in den "Physical Review Letters", einer hoch angesehenen Physikzeitschrift, veröffentlichten.

MPG-Video: Per Hochschaubahn durch poröse Materie


Aus zäh mach flüssig

Kurz zusammengefasst gelang es den Forschern zu zeigen, dass bei der Ausbreitung der Flüssigkeit durch das System zwei Effekte konkurrieren.

Einerseits behindern sich die Flüssigkeitsteilchen gegenseitig, wenn ihre Dichte ausreichend hoch ist. Ein Phänomen, das in glasartigen, also erstarrten, Strukturen wohlbekannt ist. Bringt man jedoch andererseits poröse Materie ins Spiel, so fällt den Poren eine wichtige Rolle zu. Je kleiner und je weniger vernetzt diese sind, desto stärker wird die Bewegung der Flüssigkeit eingeschränkt. Darüber hinaus konnten die Forscher kürzlich zeigen, dass sich die beiden Effekte unter bestimmten Bedingungen der Intuition zuwider laufend nicht verstärken, sondern kompensieren. Konkret bedeutet dies: Arbeiten wir mit sehr zähen Flüssigkeiten, so kann deren Beweglichkeit durch die Zugabe poröser Materialien erhöht werden. Mögliche technologische Anwendungen dieses Phänomens, etwa in der Erdölverarbeitung, liegen auf der Hand.

Leitwerk für Teilchen

Wie lässt sich dieses neue Phänomen erklären? In den an der TU durchgeführten Simulationen konnten die Forscher ganze Ketten von Flüssigkeitsteilchen identifizieren, die sich weitgehend ungehindert und ähnlich wie auf einer Hochschaubahn durch die umgebende poröse Struktur bewegen. Da sich Flüssigkeitsteilchen im Normalfall ungeordnet bewegen, stellt die Porenstruktur offensichtlich eine Art "Schienennetzwerk" dar, das die Bewegung der Flüssigkeit koordiniert und somit erleichtert.

Kurz-CV Jan Kurzidim, MSc
Jan Kurzidim studierte 2000-2003 an der Universität Stuttgart (Deutschland) und 2003-2005 der University of Kansas (USA) Physik. Nach einer Anstellung bei IBM Forschung und Entwicklung führte ihn sein Weg 2006 erst an die Universität Wien, ehe er 2007 das Doktoratsstudium am Institut für Theoretische Physik der TU Wien aufnahm.

Kurz-CV Dr. Daniele Coslovich
Daniele Coslovich studierte 1999-2004 an der Universität Triest (Italien) Physik und erlangte ebenda 2007 am Institut für Theoretische Physik das Doktorat. Seit 2008 forscht er als Postdoctoral Fellow am Institut für Theoretische Physik der TU Wien.

Referenz der Publikation:

Phys. Rev. Lett. 103, 138303 (2009)
http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.103.138303

Nähere Informationen

Jan Kurzidim, MSc
Institut für Theoretische Physik
Wiedner Hauptstraße 8-10/E136
1040 Wien
T +43-1-58801-13617
T +43-1-58801-13601 (Sekretariat)
kurzidim@cmt.tuwien.ac.at
http://tph.tuwien.ac.at/smt/

Dr. Daniele Coslovich
Institut für Theoretische Physik
Wiedner Hauptstraße 8-10/E136
1040 Wien
T +43-1-58801-13617
T +43-1-58801-13601 (Sekretariat)
coslovich@cmt.tuwien.ac.at
http://tph.tuwien.ac.at/smt/

Ao. Prof. DI Dr. Gerhard Kahl
Institut für Theoretische Physik
Wiedner Hauptstraße 8-10/E136
1040 Wien
T +43-1-58801-13632
T +43-1-58801-13601 (Sekretariat)
gkahl@tph.tuwien.ac.at
http://tph.tuwien.ac.at/smt/