Auf die Größe kommt es an – bei Gläsern und Dispersionsfarben
Physiker wollen die Eigenschaften von Gläsern verstehen. Sie fanden heraus, dass die Größe der Teilchen für die Glasbildung wichtig ist. Die Erkenntnis könnte auch für die Entwicklung von Dispersionsfarben interessant sein.
Viele Festkörper haben eine regelmäßige innere Ordnung, man spricht von Kristallen. Beispiele für solche kristallinen Materialien sind Natriumchlorid, Minerale, Metalle, aber auch Schnee. Fehlt diese innere Ordnung und ist die Anordnung damit völlig zufällig, so ist der Festkörper amorph. Typische Vertreter hiervon sind Gläser.
Wie setzt die Glasbildung ein?
Viele der Eigenschaften von Gläsern insbesondere im mikroskopischen Bereich sind unzureichend verstanden. Physiker vom Institut für Experimentelle Physik der Kondensierten Materie der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) haben zusammen mit einem Kollegen der Universidad de Guanajuato in León in Mexiko mit einem Modellsystem untersucht, wie die Glasbildung einsetzt und wie diese von der Größe der Partikel abhängt, aus denen sich das Glas zusammensetzt.
Kolloidale Gläser im Fokus
Sie haben dazu sogenannte kolloidale Gläser untersucht. Ein Kolloid ist eine Mischung fester Körper – in diesem Fall kleiner Plastikkügelchen im Mikrometerbereich – in einer Flüssigkeit. Mit zunehmender Konzentration nimmt die Beweglichkeit der Kügelchen immer weiter ab, bis sie sich schließlich verfestigen. Wenn die Kügelchen alle identisch groß sind, bilden sie dann eine regelmäßige Kristallstruktur. Aber variiert die Größe nur um wenige Prozent, so stört dies die Ordnung und ein glasartiger Körper entsteht.
Konzentration der Kügelchen variiert
Bei ihren Untersuchungen haben die Physiker die Konzentration der Kügelchen variiert und dann ihre jeweilige Größe und Bewegung bestimmt. Die Prozesse bei der Verfestigung beobachten die Forscher mittels optischer Methoden. So konnten sie mit einem konfokalen Lasermikroskop live abbilden, wie sich die einzelnen Teilchen bewegen. Die untersuchten Vorgänge bestimmen beispielsweise, ob sich eine kolloidale Suspension wie ein Festkörper oder wie eine Flüssigkeit verhält.
Merkmale auch bei Wandanstrich erwünscht
Warum sind die Untersuchungen nun auch für die Entwicklung von Dispersionsfarben wichtig? Dazu Prof. Dr. Stefan Egelhaaf, einer der Autoren der Studie, die in der Fachzeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht wurde: „Eine Dispersionsfarbe ist eine kolloidale Suspension, die eine wichtige Eigenschaft besitzen muss: Während sie mit dem Pinsel auf die Wand gestrichen wird, muss sie gut fließen und sich deshalb wie eine Flüssigkeit verhalten. Nachdem sie aufgebracht wurde, sollte sie aber einem Festkörper gleichen und nicht die Wand hinunterlaufen.“ Diese Eigenschaften hängen entscheidend von der Größenverteilung und Konzentration der Farbpartikel ab. So dient die Studie aus der Physik auch einem gleichmäßigen Wandanstrich.