M4 Selbstmontage (Self-Assembly)

Thema

Das Van-der-Waals-Potenzial, das zwischen zwei Partikeln in dieser kolloidalen Suspension stets anziehend wirkt, und das elektrostatische Potenzial, das zwischen denselben Partikeln abstoßend wirkt, wenn beide die gleiche Oberflächenladung aufweisen, addieren sich gemäß der DLVO-Theorie zum gesamten DLVO-Potenzial. Dieses bestimmt die Nettowechselwirkung zwischen den Partikeln bei jedem Abstand. Überwiegt das anziehende Van-der-Waals-Potenzial das abstoßende elektrostatische Potenzial bei einem gegebenen Abstand, so ist das gesamte DLVO-Potenzial bei diesem Abstand anziehend; überwiegt hingegen das abstoßende elektrostatische Potenzial, so ist das gesamte DLVO-Potenzial bei diesem Abstand abstoßend.

Die Reichweite dieses abstoßenden elektrostatischen Potenzials, also die Entfernung, bis zu der es signifikant bleibt, bevor es abklingt, wird durch die Debye-Länge bestimmt. Diese Debye-Länge misst, wie weit die ionische Abschirmung der Oberflächenladung jedes Partikels durch die in der Lösung gelösten Ionen in die umgebende Lösung hineinreicht. Je höher die Konzentration dieser Ionen ist, desto kürzer ist die effektive Reichweite dieses abstoßenden elektrostatischen Potenzials. Eine höhere Konzentration gelöster Ionen in der Lösung führt zu einer kürzeren Debye-Länge und folglich zu einer geringeren Reichweite dieses abstoßenden elektrostatischen Potenzials.

Daher bildet dieses Modell mit seinem gesamten DLVO-Potenzial und seiner Debye-Länge die theoretische Grundlage für ein weiteres Modell dieser Gruppe. Dieses zweite Modell beschreibt den Verlust der kolloidalen Stabilität derselben Suspension, wenn das DLVO-Potenzialgleichgewicht nicht mehr ausreichend abstoßend ist. Bleibt dieses DLVO-Potenzialgleichgewicht hingegen abstoßend, wenn sich die Partikel einander annähern, wird aber in größerem Abstand leicht anziehend, können sich dieselben Partikel spontan zu geordneten Überstrukturen organisieren, anstatt irreversibel zu aggregieren oder völlig zufällig verteilt zu bleiben. Die Tatsache, dass dieses abstoßende elektrostatische Potential, von dem die DLVO-Potentialbilanz abhängt, durch Funktionalisierung der Oberfläche dieser Partikel gezielt verändert werden kann, bedeutet gemäß einem anderen Modell in dieser Reihe, dass diese Oberflächenfunktionalisierung in der Praxis das Mittel ist, um zu steuern, ob sich diese Partikel am Ende zu diesen geordneten Überstrukturen organisieren und zwangsläufig aggregieren oder stabil und dispergiert bleiben.

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