Experimental Methods

Experimentelle Methoden

Um den bestmöglichen Einblick in die Dynamik und auch das Phasenverhalten komplexer Soft Matter Systeme zu erhalten, kombinieren wir ein breites Spektrum experimenteller Methoden, angefangen von Differenzkalorimetrie (standard und temperaturmoduliert), breitbandiger dielektrischer Spektroskopie (in Frequenz- und Zeitdomäne) und Solvatationsdynamik bis hin zu verschiedenen Streumethoden, die wichtige strukturelle und dynamische Informationen zugänglich machen. Einige der Streuexperimente werden dabei auch an Großforschungseinrichtungen, wie dem ILL oder der ESRF in Grenoble durchgeführt.

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Neben der Kleinwinkelstreuung von Röntgenstrahlung und Neutronen, welche Informationen zur Struktur auf der Nanoskala liefert, sind die meisten Methoden auf verschiedene Aspekte der molekularen Dynamik ausgerichtet: Dynamische Prozesse auf langen Zeitskalen sind mittels Photonenkorrelationsspektroskopie zugänglich, insbesondere in depolarisierter Streugeometrie, bei der man Information über molekulare Reorientierung erhält. Diese Technik wird in einem spezialisierten Aufbau betrieben, der winkelabhängige Untersuchungen in einem Temperaturbereich von flüssigem Stickstoff bis ca. 450 K erlaubt. In einem ähnlichen Bereich arbeitet die breitbandige dielektrische Spektroskopie, die in einem breiten Frequenz- und Temperaturbereich Informationen zum Ladungstransport sowie zur Reorientierung permantenter Dipolmomente liefert. Diese Techniken werden ergänzt durch quasielastische Neutronenstreuung, die dynamische Information auf kurzen Zeitskalen (Piko- bis Nanosekunden) und zusätzlich räumliche Auflösung auf intermolekularen Längenskalen zur Verfügung stellt. Auf ähnlichen Längenskalen aber langen Zeiten wird hingegen Photonenkorrelationsspektroskopie mit kohärenter Röntgenstrahlung angewandt, eine Technik die zur Untersuchung weicher Materie zunehmend an Bedeutung gewinnt. Im Rahmen der DFG Forschergruppe FOR 1583 wurde zudem noch die Triplett Solvatationsdynamik hinzugefügt, eine Methode, die lokale molekulare Dynamik zugänglich macht und die sich als besonders nützlich erweist, um Langzeitdynamik in verschiedenen Confinementsituationen zu untersuchen.

Untersuchte Materialien und Systeme

Ausgehend von simplen Modellsubstanzen wie einfachen van-der Waals Glasbildnern untersuchen wir die Dynamik von Substanzen zunehmender Komplexität, wie wasserstoffbrückenbildende Moleküle oder Polymere bis hin zu Biomolekülen und ionischen Flüssigkeiten. Innere Oberflächen und räumliche Einschränkung entstehen z.B. in einem Porensystem, innerhalb von Strukturen amphiphiler Moleküle wie Mikroemulsionen oder auch in dynamisch asymmetrische binäre Mischungen.

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