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Dynamic light scattering on macroscopic particles

Künstler, Lisa (2023) Dynamic light scattering on macroscopic particles. Dissertation, Universität zu Köln.

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Abstract

Viele Annahmen, die die Grundlage der Methodik der Dynamischen Lichtstreuung (DLS) formen, gelten nicht für Partikel, deren Teilchengröße die Wellenlänge des Lichts um mehrere Größenordnungen übersteigt. In dieser Arbeit wird auf das bestehende DLS Konzept eingegangen und bezüglich der Anwendbarkeit auf makroskopische Partikel hinterfragt. Da Inhomogenitäten und Oberflächenstrukturen makroskopischer Teilchen mit der Wellenlänge von gestreutem Licht auflösbar sind, wird die Partikeloberfläche als zusätzliches, eigenständiges Streuobjekt betrachtet. Dementsprechend ist nicht nur ein Zerfall der Korrelationsfunktion durch Bewegungen der makroskopischen Teilchen relativ zu einander gegeben, sondern auch durch die Bewegung der Oberflächenstreuzentren. In DLS Experimenten mit einzelnen, makroskopischen Kugeln kann mindestens ein vollständiger Zerfall der Autokorrelationsfunktion festgestellt werden. Die Existenz eines zweiten Zerfalls auf kleineren Zeitskalen basiert auf der Komplexität der Oberflächenstruktur des Partikels. Der späte Zerfall, welcher der Translation des Teilchens zugeordnet wird, wird im Rahmen von Anzahlfluktuationseffekten evaluiert. Formulierungen zur Analyse des detektierten Intensitätssignals des gestreuten Lichts, sowie zur Beschreibung der resultierenden Autokorrelationsfunktion, werden gezeigt. Die Entstehung des Zerfalls auf kleinen Zeitskalen, der sich auf die Bewegung der Oberflächenelemente bzgl. des Partikelschwerpunkts zurückführen lässt, wird mithilfe eines entwickelten Modells erläutert. Verschiedene Szenarien bzgl. der Rotationsachse des Teilchens und variierender Parameter werden diskutiert. Das Modell wird experimentell auf seine Gültigkeit überprüft. Aus den gewonnenen Erkenntnissen kann schlussendlich in einem finalen Beispielexperiment die granulare Translations- sowie Rotationstemperatur gewonnen werden.

Item URL in elib:https://elib.dlr.de/195269/
Document Type:Thesis (Dissertation)
Title:Dynamic light scattering on macroscopic particles
Authors:
AuthorsInstitution or Email of AuthorsAuthor's ORCID iDORCID Put Code
Künstler, LisaUNSPECIFIEDUNSPECIFIEDUNSPECIFIED
Date:2023
Refereed publication:Yes
Open Access:Yes
Status:Published
Keywords:dynamische Lichtstreuung, makroskopische Teilchen, Oberflächenrauigkeiten, Granulate, granulare Systeme, rough particle model, Optik, granulare Temperatur
Institution:Universität zu Köln
HGF - Research field:Aeronautics, Space and Transport
HGF - Program:Space
HGF - Program Themes:Research under Space Conditions
DLR - Research area:Raumfahrt
DLR - Program:R FR - Research under Space Conditions
DLR - Research theme (Project):R - Granular Light Scattering
Location: Köln-Porz
Institutes and Institutions:Institute of Materials Physics in Space
Deposited By: Dossow, Lisa
Deposited On:19 Jun 2023 06:44
Last Modified:19 Jun 2023 06:44

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