Structure, Dynamics and Phase Behaviour of Charged Soft Colloidal Dispersions

Sammanfattning: Inom fysiken används ofta hårda sfärer som modellsystem för att beskriva beteenden och strukturer hos grundläggande byggstenar såsom atomer och molekyler. Dessa sfärer kan ses som en samling biljardbollar och kan därav bara organiseras på ett begränsat antal sätt. Med den ökade förståelsen för många komplexa fysikaliska fenomen och den snabbt växande utvecklingen av nya material behövs modellsystem som kan interagera och organiseras på mer komplicerade sätt än vad de hårda sfärerna kan. För att öka komplexiteten används i denna avhandling "mjuka" sfärer som ett alternativt modellsystem. Dessa sfärer, även kallade mikrogeler, har en kompakt kärna omgiven av ett löst, fluffigt skal, och tack vare en inre laddning svarar de på förändringar i sin miljö. Vid låga koncentrationer sväller mikrogelerna avsevärt på grund av att de interna laddningarna vill sprida ut sig. När mikrogelkoncentrationen ökar, ökar även antalet laddningar i lösningen och de interna laddningarna har inte längre samma drivkraft att sprida ut sig. Detta kommer ifrån att skillnaden i antalet laddningar inuti och utanför mikrogelerna blir mindre. Sfärstorleken minskar därför tills laddningarnas drivkraften att sprida ut sig helt avtagit. Vid mycket höga koncentrationer börjar de fluffiga skalen att överlappa vilket leder till att partiklarna komprimeras.På grund av att dessa mjuka mikrogeler innehåller laddningar svarar de även på elektriska fält. Då de interna och externa laddningarna förflyttas av fältet uppstår en attraktiv kraft mellan mikrogelerna. Mikrogelerna arrangerar sig då i långa ”pärlband” i samma riktning som det elektriska fältet. Dessa pärlband bildar kristallstrukturer när fältstyrkan eller koncentrationen av sfärerna ökas. Vid mycket höga koncentrationer har vi visat att sfärernas fluffiga skal överlappar signifikant och trasslar ihop sig, vilket leder till att de bildar nya kristallstrukturer då fältet stängs av. Partiklarnas mjuka skal gör även att de lätt deformeras, men vi har visat att de bara krymper en aning när de bildar ”pärlband”.Genom denna avhandling har vi samlat in mycket av den information som behövs för att i framtiden kunna sätta upp en teoretisk modell för att beräkna hur starkt dessa mjuka sfärer interagerar, både i och utanför elektriska fält. Med en sådan modell kan vi få en djupare förståelse för interaktioner och strukturer som involverar mjuka sfärer.