Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-5833
Main Title: Active emulsion droplets driven by Marangoni flow
Translated Title: Aktive Emulsionstropfen angetrieben durch Marangoni-Fluss
Author(s): Schmitt, Maximilian
Advisor(s): Stark, Holger
Referee(s): Thiele, Uwe
Granting Institution: Technische Universität Berlin
Type: Doctoral Thesis
Language Code: en
Abstract: Diese Forschungarbeit beinhaltet Theorie und Simulation aktiver Emulsionstropfen, die aufgrund einer inhomogenen Oberflächenspannung auf ihrer Grenzfläche schwimmen. Der zugrundeliegende Effekt heißt Marangoni-Effekt. Eine Möglichkeit den Marangoni-Effekt zu nutzen um einen Tropfen in Bewegung zu setzen, basiert auf einer chemischen Reaktion von grenzflächenaktiven Molekülen, sogenannten Tensiden, mit Brom. Ein mit Brom angereicherter Tropfen, dessen Grenzfläche mit Tensiden belegt ist, kann so eine spontane Symmetriebrechung erfahren, die zu gerichteter Bewegung führt. Alternativ lässt sich die Oberflächenspannung auch sehr viel präziser mit Hilfe von Licht modulieren. Dabei nutzt man den cis-trans Isomorphismus spezieller Tenside aus. Diese ändern ihre Oberflächenspannung wenn man sie mit Licht einer bestimmen Wellenlänge beleuchtet. So kann man lokal die Oberflächenspannung verringern oder erhöhen und einen Marangoni-Fluss erzeugen, der eine Vielzahl von Bewegungsmustern, angefangen von gerichteter Bewegung entlang des Lichtstrahls, bis hin zu gedämpften und stabilen Oszillationen um den Lichtstrahl zur Folge haben kann.
This thesis develops a theory for active emulsion droplets which are driven by Marangoni flow. Marangoni flow is hydrodynamic flow due to a gradient in surface tension along an interface. One possibility to create Marangoni flow and propel an emulsion droplet is the use of a chemical reaction of surface active agents, so-called surfactants, with bromine. A bromine-enriched droplet whose interface is covered with surfactants shows spontaneous symmetry breaking which results in directed motion. Alternatively one can tune the surface tension of a droplet very precisely with the aid of light. Here, one uses the cis-trans isomorphism of certain surfactants. These surfactants change their surface tension when illuminated with light of a certain wavelength. As a result the local surface tension can be increased or decreased resulting in Marangoni flow. Such a droplet shows a plethora of locomotion patters, starting from directed motion along the light beam axis to damped or stable oscillations about the beam axis.
URI: http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/6274
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-5833
Exam Date: 4-May-2016
Issue Date: 2017
Date Available: 10-Apr-2017
DDC Class: DDC::500 Naturwissenschaften und Mathematik::530 Physik
Subject(s): active emulsion droplet
microfluidics
Marangoni effect
soft matter physics
aktive Emulsionstropfen
Mikrofluidik
Marangoni-Effekt
Physik der weichen Materie
Sponsor/Funder: DFG, GRK, 1558 Nonequilibrium collective dynamics in condensed matter and biological systems
DFG, SFB, 910 Control of self-organizing nonlinear systems: Theoretical methods and concepts of application
Usage rights: Terms of German Copyright Law
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