Beschreibung
Im Rahmen der vorgelegten Arbeit untersuchen wir den Einfluss einer externen treibenden Kraft, der Scherung, auf das Verhalten geladener kolloidaler Teilchen in einer Schlitzpore. Die Präsenz der begrenzenden Wände führt zu einem Symmetriebruch, was wiederum eine Schichtenbildung parallel zu den Porenwänden zur Folge hat. Um das untersuchte System zu vereinfachen werden die Gegenionen, welche von der Oberfläche der Kolloide dissoziieren, als eine Art abschirmende Wolke behandelt. Diese ionisierte Hülle ermöglicht es, die explizite Coulombwechselwirkung zwischen den Kolloiden durch eine effektive Abschirmung des elektrostatischen Potentials zu ersetzen, welche durch sogenannte Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek-Theorie beschrieben wird. Bei der Beschreibung des Verhaltens von Kolloiden verwenden wir die Methode der überdämpften Brownischen Dynamik. Zunächst wird ein Zweischichtensystem betrachtet. Dabei werden scherinduzierte Übergänge zwischen der quadratischen, geschmolzenen und hexagonalen Ordnung innerhalb der Schichten beobachtet, sowie die Dynamik dieser Zustände untersucht. Hierbei präsentieren wir unter anderem ein semi-analytisches Model, welches zur Beschreibung des Diffusionsverhaltens im geschmolzenen Zustand verwendet werden kann. Im hexagonalen Zustand liegt unser Fokus auf den räumlich-zeitlichen Oszillationen der Teilchen, der sogennanten Zig-Zag-Bewegung. Um die für das Zweischichtensystem gemachten Beobachtungen zu verallgemeinern wird die Breite der Schlitzpore erhöht. Dies führt zu einer Erhöhung der Schichtanzahl von zwei auf drei. Bei den Untersuchungen des Dreischichtensystems können wir nicht nur die Ergebnisse des Zweischichtensystems bestätigen, sondern auch einen neuen Zustand erkennen. In diesem Zustand spaltet sich die mittlere Schicht in zwei, in Bahnen („lanes“) geordnete, Subschichten auf, was wiederum die Dynamik des Systems maßgeblich beeinflusst. Im dritten Abschnitt werden wir feststellen, dass die scherinduzierten Strukturübergänge ein nichtmonotones Verhalten des Scherstresses auslösen können. Dies wird genutzt, um die vormals statische Scherrate, durch die Einführung einer Feedback-Kontrolle zu dynamisieren und den stationären Zustand des Systems auszuwählen. Wir können auch zeigen, dass der Endzustand des Systems nicht nur von der Anfangskonfiguration der Kolloide und der anfänglichen Scherrate, sondern auch von dem Verhältnis zwischen der Zeitskala der Feedback-Kontrolle und der intrinsischen Zeitskala abhängt.
