Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-1055
Main Title: Phasenverhalten dipolarer Fluide in begrenzenden Geometrien
Translated Title: Phasen Behavior of Dipolar Fluids in Confining Geometries
Author(s): Spöler, Carsten
Advisor(s): Klapp, Sabine
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät II - Mathematik und Naturwissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: In der vorliegenden Arbeit wird der Einfluss von räumlichen Begrenzungen auf das Phasenverhalten dipolarer Fluide untersucht. Die dipolaren Fluide werden mit Hilfe eines Stockmayermodells modelliert. Die Begrenzung erfolgt auf zwei unterschiedliche Weisen: zum einem durch eine ungeordnete, poröse Matrix (Teil I, welcher den Hauptteil darstellt), und zum anderen durch eine Schlitzpore nanoskopischer Dicke mit planparallelen, chemisch homogenen Wänden (Teil II). Die Besonderheit in der Beschreibung eines Fluids, das durch eine unregelmäßige Matrix eingeschlossen wird, ist, dass neben der thermischen Mittelung auch eine Unordnungsmittelung durchgeführt werden muss. Dies wird durch die Verwendung der replica-symmetrischen Ornstein-Zernike Gleichungen in Kombination mit einer geeigneten Abschlussbedingung gewährleistet. Man erhält die Korrelationsfunktionen sowie verschiedene thermodynamische Größen. Es wird der Einfluss nichtpolarer, rein repulsiver oder attraktiver Matrizen, sowie dipolarer Matrizen untersucht. Es zeigt sich, dass das Phasenverhalten des dipolaren Fluids stark von der Dichte der eingrenzenden Matrix sowie der Natur der auftretenden Matrix-Fluid Wechselwirkungen abhängt: So wird die Ausbildung ferroelektrischer Ordnung im Bereich hoher Fluiddichte und tiefer Temperaturen mit zunehmender (repulsiver) Matrixdichte unterstützt. Ist hingegen eine dipolare Matrix zugegen, so wird diese Ausbildung mit zunehmender dipolarer Matrix-Fluid Wechselwirkung gestört. In dem Fluiddichtebereich, in dem für das Volumenmodell die Kondensation auftritt, wird die entsprechende Stabilitätsgrenze der Hochtemperaturphase durch die repulsive Matrix zu tieferen Temperaturen und kleineren Dichten verschoben. Während für große Matrixdichten die Existenz des Kondensationsübergangs unklar ist, findet für kleine Matrixdichten unzweideutig ein Kondensationsübergangs statt. Zusätzliche attraktive oder dipolare Matrix-Fluid Wechselwirkungen wirken in gleicher Weise: weitere Verschiebung zu kleineren Temperaturen und zugleich zu größeren Dichten. In diesem Kontext wurde auch die Leistungsfähigkeit eines winkelgemittelten Potenzials untersucht. Das winkelgemittelte Potenzial kann das adsorbierte Stockmayerfluid gut beschreiben, solange die auftretenden Kopplungen nicht so groß werden. Insgesamt zeigt sich, dass die Qualität der Ergebnisse stark von dem Grad der auftretenden Störungen abhängt. Im zweiten Teil wird mit Hilfe von Monte-Carlo Simulationen im großkanonischen Ensemble ein Stockmayerfluid, das durch eine Schlitzpore mit variablem Wandabstand begrenzt wird, untersucht. Die zentrale Frage gilt wiederum der Leistungsfähigkeit des winkelgemittelten Potenzials. Auch in diesem Fall ermöglicht das winkelgemittelte Potenzial gute Vorhersagen, solange der Grad der Störung nicht zu groß, hier also der Wandabstand nicht zu klein wird.
In this work, the influence of confinement on the phase behavior of dipolar fluids is investigated. The dipolar fluid is modelled by a so-called Stockmayer fluid. The confinement is realised in two different ways: via disordered porous matrices (part I) or by a slit pore with chemical homogeneous and planar walls (part II). The main feature of the description of a fluid, confined by a disordered, porous matrix, is the necessity of a disordered averaging process besides the usual thermal average. This has been ensured by application of the replica symmetric Ornstein-Zernike equations in combination with an appropriate closure. The correlation functions and different thermodynamical quantities of the confined systems are obtained. The influences of nonpolar, purely repulsive or attractive as well as polar matrices are investigated. The observed phase behaviour strongly depends on the density of the confining matrix and the nature of the resulting matrix-fluid interactions: increasing matrix density supports the formation of ferroelectric order at high fluid densities and low temperatures whereas a polar matrix increasingly suppresses this transition with enlargement of the dipolar matrix-fluid interaction. In the density regime, where for the bulk model the condensation occurs, the corresponding stability limit is shifted by the repulsive matrix towards lower temperatures and lower densities. Whereas for high matrix densities the existence of the condensation transition is unclear, a condensation transition occurs unambiguously for low matrix densities. Additional attractive or dipolar interactions have the same effect: further displacement towards lower temperatures and higher fluid densities at the same time. In this context, the performance of an angle-averaged dipole potential is also investigated. The angle-averaged potential is able to describe the adsorbed Stockmayer fluid reasonable well, as long as the involved interactions are not too large. In total, one finds that the quality of the results strongly depends on the degree of perturbation. In the second part, the Monte-Carlo method in the grand Canonical ensemble is used to investigate a Stockmayer fluid within slit pores with variable wall distances. Again, the central aspect is the performance of angle-averaged potentials to describe the adsorbed fluid. As before, the angle-averaged potential leads to good predictions as long as the degree of perturbation is not too large (i.e. the wall distance is not too small).
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-9559
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/1352
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-1055
Exam Date: 15-Apr-2005
Issue Date: 19-May-2005
Date Available: 19-May-2005
DDC Class: 540 Chemie und zugeordnete Wissenschaften
Subject(s): Begrenzende Geometrien
Dipolare Fluide
Phasenverhalten
Replick-Trick
Winkelgemitteltes Dipolpotenzial
Angle-averaged dipolpotential
Confining geometries
Dipolar fluids
Phase behavior
Replick-trick
Usage rights: Terms of German Copyright Law
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