Themenangebote* für Forschungsbelege / Diplomarbeiten
Abteilung Nichtlineare Phänomene

1 Dünne ferroelektrische flüssigkristalline Filme
(FB) Betr.: Prof. R. Stannarius
Inhalt der Arbeit ist die Untersuchung des Schaltens von ferroelektrischen und dielektrischen flüssigkristallinen Phasen in elektrischen Feldern. Die dazu angewandten Methoden sind die Aufnahme von Strom-Spannungs-Kennlinien in dünnen Zellen sowie polarisationsmikroskopische Untersuchungen dünner smektischer Filme.
(Diplom) Betr.: Prof. R. Stannarius
Inhalt der Arbeit ist die Untersuchung des elektro-optischen Verhaltens von dünnen freitragenden Filmen flüssigkristalliner Materialien. Ziel ist die Charakterisierung der ferroelektrischen bzw. antiferroelektrischen Eigenschaften bestimmter Mesophasen und die Untersuchung der Beziehungen zwischen Molekülsymmetrie, Phasensymmetrie und spontaner makroskopischer Symmetriebrechung.

2 Smektische Schäume
(FB) Betr.: Prof. R. Stannarius, Dr. A. Eremin
Während Schäume auf der Basis von Wasser-Tensid-Mischungen recht gut untersucht sind  und vielfältige Anwendung gefunden haben, sind smektische Schäume, die eine viel höhere Stabilität aufweisen, bisher kaum bekannt. Im Experiment sollen solche Schäume präpariert und ihre Zerfallsdynamik charakterisiert werden.
(Diplom) Betr.: Prof. R. Stannarius, Dr. A. Eremin
Es sollen solche Schäume hergestellt und strukturell sowie dynamisch charakterisiert werden. Vorbereitungen für Experimente unter Mikrogravitation sollen realisiert werden.

3 Faraday-Instabilität
(FB + Diplom) Betr.: Dr. Thomas John, Prof. R. Stannarius
Die Faraday-Instabilität findet man in Flüssigkeiten, die einer vertikalen Vibration ausgesetzt werden. Auf der Oberfläche einer solchen Flüssigkeiten bilden sich Streifen- Rechteck- oder Hexagonmuster. Es soll eine vorhandene Apparatur zur Untersuchung dieser Instabilität modifiziert werden und Strukturphasendiagramme aufgestellt werden. Ziel ist die Untersuchung des Einflusses der Anregungsfunktion. In der Literatur ist bisher ausschliesslich die harmonische Anregung untersucht worden.

4 Spontane Entmischung von Granulaten
(FB + Diplom) Betr.: Prof. R. Stannarius
Granulate zeigen unter bestimmten experimentellen Bedingungen flüssigkeitsähnliche Eigenschaften, andererseits findet man einzigartige dynamische Effekte wie z.B. die spontane Entmischung granularer Mixturen unter kontinuierlicher Energiezufuhr (Schütteln, Rotieren). Mit Hilfe von mechanisch-optischen Experimenten sowie NMR-Tomographie und Röntgentomographie sollen die Entmischungsprozesse unter verschiedenen geometrischen Bedingungen studiert und quantitativ charakterisiert werden.

5 Anisotrope colloidale Suspensionen von makroskopischen Partikeln
(FB + Diplom) Betr.: Prof. R. Stannarius, Dr. A. Eremin
Farbstoffnadeln in der Größe von einhundert Nanometern, die in bestimmten Flüssigkeiten dispergiert werden, können wie flüssige Kristalle eine spontane anisotrope Ausrichtung ausbilden. Diese lassen sich mit elektrischen Feldern schalten, sie zeigen elektro-optische und magneto-optische Effekte. Diese erst kürzlich gefundenen Materialien solen mit Hilfe von Polarisationsmikroskopie, Elektronenmikroskopie und Röntgenkleinwinkelstreuung charakterisiert werden.

6 Elektrisch getriebene dissipative Strukturen in Flüssigkristallen
(FB + Diplom) Betr.: Prof. R. Stannarius
Elektrisch getriebene dissipative Muster in komplexen Flüssigkeiten sind seit langem bekannt und untersucht. In einer neuen Substanzklasse (bent-core-Mesogenen) sind neue Typen dieser Strukturen unlängst erstmals beschrieben worden. Sie sollen experimentell untersucht und charakterisiert werden.

7 Wechselwirkungen anisotroper 2D-Kolloide
(FB + Diplom) Betr.: Prof. R. Stannarius
Suspensionen mikroskopischer Tropfen einer isotropen Flüssigkeit in dünnen freitragenden smektischen Filmen können als zweidimensionale Kolloide angesehen werden. Sie können miteinander wechselwirken, organisieren sich spontan zu makroskopischen Strukturen und lassen sich durch äußere Felder beeinflussen. Spontan gebildete Strukturen sollen experimentell charakterisiert werden und Modellrechnungen zu den Wechselwirkungsmechanismen durchgeführt werden.

8 Hydrodynamische Instabilitäten in Ferrofluiden
(FB + Diplom) Betr.: Dr. Thomas John, Prof. R. Stannarius
Ferrofluide zeigen unter der Einwirkung eines äußeren magnetischen Feldes eine Reihe von musterbildender Instabilitäten, unter anderem die Herausbildung von Labyrinthstrukturen, Stacheln und Fingern. Inhalt der Arbeit ist die Charakterisierung der Saffmann-Taylor-Instabilität dünnen Zellen. Diese bildet sich aus, wenn ein niederviskoses gegen ein höherviskoses Fluid gedrückt wird. Theoretische Untersuchungen zu dieser Instabilität sind bekannt, aber es existieren bisher keine entsprechenden Experimente. Eine Messapparatur ist aufzubauen, Experimente sind durchzuführen und auszuwerten.

9 Lehmann-Effekt: Molekulare Motoren in chiralen Flüssigkeiten?
(FB + Diplom) Betr.: Prof. R. Stannarius
Lehmann-Effekte beschreiben die durch Gradienten einer physikalischen Größe hervorgerufene makroskopische Rotation eines Systems. Ein Beispiel dafür ist die durch Diffusion von Wassermolekülen durch einen dünnen flüssigkristallinen Film hervorgerufene Drehung der Orientierung. Dieser bisher experimentell kaum untersuchte Effekt soll quantitativ charakterisiert werden. Dazu ist eine Messapparatur zu konstruieren, mit der das Drehmoment auf einen frei stehenden Film als Funktion der hindurch diffundierenden Stoffmenge und Stoffart bestimmt werden kann.

10 Frustration und Strukturbildung in flüssigkristallinen Filmen
(FB + Diplom) Betr.: Dr. A. Eremin

Das Wechselspiel zwischen den internen Phasensymmetrien und geometrischen Einschränkungen und/oder externen Feldern resultiert oft in ‚Frustration’ und der Ausbildung von periodischen Mustern. In diesem Projekt schlagen wir die Untersuchung von Labyrinth- sowie Twist-Bend-Instabilitäten in chiralen ferroelektrischen flüssigkristallinen Filmen vor.

11 Raumzeitliche Dynamik von Protonenbändern bei der Grünalge Chara australis /
Bestimmung von lokalen Instabilitäten der Plasmaströmung in der Grünalge Chara australis
Betreuer: Dr. A. Eremin

Wissenschaftlicher Hintergrund:

Oszillatorische und räumlich modulierte Prozesse in biologischen Systemen spielen eine wichtige Rolle bei der biologischen Informationsverarbeitung. Grundlage für die Musterbildung ist die Kopplung von autokatalytischen Reaktionen des Stoffwechsels mit Transportprozessen. Diese Art der Strukturbildung basiert auf den allgemeinen Prinzipien von Selbstorganisation in Nichtgleichgewichtssystemen und ist Gegenstand aktueller Forschungsarbeiten aus der Biophysik und nichtlinearen Dynamik.
Die Grünalge Chara australis eignet sich besonderes gut für Experimente zur Strukturbildung in biologischen Systemen, da sie einfach experimentell zu untersuchen ist (Länge von 10 cm!) und die Muster externer Kontrolle durch Licht zugänglich sind (Photosynthese). Während des Wachstums bilden die Zellen alternierende sauere und alkalische Banden aus, die als ein Maß für das Längenwachstum der Alge angesehen werden. Die Bildung der Banden wird durch Photosynthese initiiert, wobei vornehmlich der Transport von Protonen und Carbonat-Ionen über die Plasmamembran der Zellen an der Bandenbildung beteiligt ist.

Aufgabenstellung:

Gegenstand des Forschungsbelegs ist die Untersuchung der Mechanismen, die an der Musterbildung beteiligt sind. Es sollen theoretische Vorhersagen über Instabilitäten der intrazellulären Plasmaströmung als ein möglicher Faktor für die Festlegung der Bandenlage experimentell überprüft werden. Hierzu soll die Strömung mittels räumlich und zeitlich aufgelöster Kernspintomographie erfasst werden. Durch Lichtpulse können lokale Änderungen der Photosyntheseaktivität induziert werden um deren Effekt auf die Strömung zu bestimmen. Des Weiteren sollen auch fluoreszenzmikroskopische Untersuchungen durchgeführt werden, um die raumzeitliche Dynamik der Protonengradienten und elektrochemischen Potentialdifferenzen über der Plasmamembran zu untersuchen.

* offen / belegt