Mit Quincke Rollers mixen

Das Mischproblem Das Zusammenmischen mehrerer Substanzen ist uns allen aus dem Alltag bekannt. Dies reicht von der simplen Zubereitung eines Saftes, durch Mischen von Sirup mit Wasser, bis zu komplexeren Abläufen wie dem Anrühren von Beton oder der Optimierung von Produktionsabläufen in der Pharmaindustrie. Nichtsdestotrotz handelt es sich bei Mischvorgängen stets um komplexe Prozesse, die nur schwierig zu optimieren sind. Finden diese auf einer Längenskala von einem Millimeter und darunter statt, wird der Prozess noch einmal durch den Umstand verkompliziert, dass es sich um einen reversiblen Vorgang handelt. Dies bedeutet, dass ein Mischvorgang, welcher durch Umrühren in eine Richtung erzielt wurde, wieder rückgängig gemacht werden kann, indem man die Mischrichtung umdreht. Um dieses Problem zu lösen kann man kleine Teilchen verwenden, welche eine Flüssigkeit umrühren können ohne dabei ihren Weg rückwärts zu durchlaufen, wodurch sich die Flüssigkeit nicht mehr entmischen kann. Der Quincke Effekt und Quinckeroller Wird ein nicht-leitendes Objekt in eine leitende Flüssigkeit getaucht und dazu ein elektrisches Feld von ausreichender Stärke aufgedreht, so beginnt das Objekt sich zu drehen. Dies nennt man den Quincke Effekt. Handelt es sich dabei um Kugeln mit ausreichend Masse, so setzen sich diese am Boden ab und beginnen in Anwesenheit des elektrischen Feldes zu rollen. Solche Objekte nennt man dann Quinckeroller. Diese Teilchen können sehr schnell werden: Bei einem Durchmesser von 5 Mikrometer können Quinckeroller eine Strecke von bis zu 200 mal ihrer Größe durchlaufen. Sind in einem System mehrere solche Teilchen vorhanden, kann es zu kollektiven Bewegungen wie beispielsweise der Bildung von Wirbeln oder dem sogenannten flocking kommen. Mit Quinckerollern auf kleinen Längenskalen umrühren Ziel dieses Projekts ist es, experimentell die Mischfähigkeiten von Quinckerollern bezüglich Flüssigkeiten zu verstehen. Dabei werden wird zu aller erst den Effekt auf das Mischverhalten untersuchen, wenn der Flüssigkeitsstand so gewählt wird, dass die Roller gerade bedeckt sind. Unseren Berechnungen zufolge sollte der Mischvorgang unter diesen Bedingungen sehr schnell verlaufen. Weiters werden wir bei gleichem Flüssigkeitsstand den Einfluss von kollektiven Teilchenbewegungen auf das Mischverhalten untersuchen. Abschließend heben wir den Flüssigkeitspegel an und analysieren dabei das Verhalten der Flüssigkeit oberhalb der Quinckeroller.

Das Mischproblem Das Zusammenmischen mehrerer Substanzen ist uns allen aus dem Alltag bekannt. Dies reicht von der simplen Zubereitung eines Saftes, durch Mischen von Sirup mit Wasser, bis zu komplexeren Abläufen wie dem Anrühren von Beton oder der Optimierung von Produktionsabläufen in der Pharmaindustrie. Nichtsdestotrotz handelt es sich bei Mischvorgängen stets um komplexe Prozesse, die nur schwierig zu optimieren sind. Finden diese auf einer Längenskala von einem Millimeter und darunter statt, wird der Prozess noch einmal durch den Umstand verkompliziert, dass es sich um einen reversiblen Vorgang handelt. Dies bedeutet, dass ein Mischvorgang, welcher durch Umrühren in eine Richtung erzielt wurde, wieder rückgängig gemacht werden kann, indem man die Mischrichtung umdreht. Um dieses Problem zu lösen kann man kleine Teilchen verwenden, welche eine Flüssigkeit umrühren können ohne dabei ihren Weg rückwärts zu durchlaufen, wodurch sich die Flüssigkeit nicht mehr entmischen kann. Der Quincke Effekt und Quinckeroller Wird ein nicht-leitendes Objekt in eine leitende Flüssigkeit getaucht und dazu ein elektrisches Feld von ausreichender Stärke aufgedreht, so beginnt das Objekt sich zu drehen. Dies nennt man den Quincke Effekt. Handelt es sich dabei um Kugeln mit ausreichend Masse, so setzen sich diese am Boden ab und beginnen in Anwesenheit des elektrischen Feldes zu rollen. Solche Objekte nennt man dann Quinckeroller. Diese Teilchen können sehr schnell werden: Bei einem Durchmesser von 5 Mikrometer können Quinckeroller eine Strecke von bis zu 200 mal ihrer Größe durchlaufen. Sind in einem System mehrere solche Teilchen vorhanden, kann es zu kollektiven Bewegungen wie beispielsweise der Bildung von Wirbeln oder dem sogenannten "flocking" kommen. Zusammenfassung des Projekts Ziel dieses Projekts war die experimentelle Untersuchung der Fähigkeit von Quincke-Rollen, die sie umgebende Flüssigkeit zu mischen. Unsere erste Idee war es, gefärbte Flüssigkeit zu verwenden, um die Bewegung der Flüssigkeit durch die Wirkung der Partikel zu visualisieren. Dies führte jedoch zu einer elektrohydrodynamischen Instabilität in dem System. Wir versuchten daher, diese technische Einschränkung zu lösen, um das Projekt fortzusetzen. Da der Hauptforscher nur 9 Monate nach Beginn der Finanzierung als Maitresse de Conférences (entspricht einem Assistenzprofessor in Frankreich) eingestellt wurde, befindet sich das Projekt immer noch in einem Stadium, in dem eine Lösung für das Visualisierungsproblem gefunden werden muss.