2023-06-252023-06-25https://tore.tuhh.de/handle/11420/16179Fluide eingebettet in Poren von wenigen Nanometer Durchmesser zeigen Eigenschaften, die meist völlig von denen der entsprechenden Volumensysteme abweichen. Sie erregen deshalb einerseits ein starkes Interesse bzgl. ihres technologischen Potentials. Andererseits gibt es eine starke wissenschaftliche Motivation, ein tieferes, grundlegendes Verständnis von Flüssigkeiten in nanoskaligen Geometrien zu erzielen.Im letzten Jahrzehnt wurde eine beeindruckende Zahl von physikalisch-chemischen Eigenschaften von Flüssigkeiten in mesoporösen Medien untersucht. Es zeigte sich dabei, dass die Natur der Grenzflächen-Fluid Wechselwirkung und die Parameter der geometrischen Beschränkung das Phasenverhalten, die Struktur, die Dynamik und das Fließverhalten und damit den Flüssigkeitstransport stark beeinflussen. Der nächste Schritt wäre nun die gezielte Steuerung der Fluideigenschaften durch geometrische Beschränkung. Die meisten der bisherigen Studien haben sich jedoch mit einphasigen Fluiden in "passiven" porösen Medien befasst, während in Natur und Technik meist komplexere, vor allem mehrphasige Fluide vorliegen. Die wissenschaftlichen Voraussetzungen für die gewünschte Kontrolle von Fluideigenschaften auf der Nanoskala sind also nur in sehr eingeschränktem Maße oder nicht gegeben. Die Zielsetzung des hier vorgestellten NanoLiquids Projekts ist deshalb die Erforschung von Systemen, die diese Hürde durch eine Kontrolle der Grenzfläche zwischen Fluid und porösem Medium basierend auf multiphasigen Fluiden in funktionalisierten porösen Materialien mit periodisch alternierender Oberflächenchemie überwindet. Ausgehend von Studien der mikroskopischen Eigenschaften von binären Volumenflüssigkeiten sollen die physiko-chemischen Eigenschaften dieser mehrphasigen Systeme in maßgeschneiderten mesoporösen Materialien erforscht werden. Dabei stehen Phänomene wie die Mikrophasenseparation, eine verstärkte Gaslöslichkeit im Nanofluid, die Änderungen der Rheologie der Fluide sowie das komplexe Wechselspiel dieser Effekte im Vordergrund der Forschungen. Wesentlich für den wissenschaftlichen Erkenntnisgewinn ist dabei das Abdecken von zeitlichen und räumlichen Skalen von der molekularen bis hin zur makroskopischen Ebene. Hierbei profitiert dieses Projekt von dem facettenreichen Spektrum von komplementären Methoden und sich ergänzender Expertisen, die im Rahmen dieser deutsch-französischen Kooperation sowohl experimentell als auch bei der theoretischen Modellierung vorliegen.Fluids confined in nanometer-size porous geometry exhibit unique properties that have no equivalent in the corresponding bulk systems. As such, they deserve an extensive interest for their high potential of technological innovation. In this context, the scientific community has been encouraged to improve the ground basis knowledge of nanoconfined liquids. During the last decade, an impressive number of physico-chemical properties have been studied when confining a fluid in a mesoporous medium. As a whole, it appears that the nature of the surface-liquid interaction and the geometric parameters of confinement readily affect the phase behavior, structure, dynamics and fluid flow, leading to original physico-chemical phenomena.The next step in the field would be to direct the (new) properties of nanofluids in a desired manner. Many of the studied systems comprised a single fluid phase confined in a ‘passive’ porous material, which is seen as a bottleneck to such developments. For this reason, the intension of the NanoLiquids project, is to explore the properties of new systems that would allow for an unprecedented control of interfaces based on the nanoconfinement of multicomponent fluids into functionalized porous materials with periodically alternating surface chemistry. Starting from examinations of the mesoscale structure and dynamics of the bulk binary systems the physico-chemical properties of mixtures confined in tailored mesoporous media shall be explored. In particular effects such as microphase separation, enhanced gas solubility and confinement-induced changes in the fluid rheology as well as the interplay of these phenomenologies will be in the research focus. These studies will be possible only by the combination of an extensive number of complementary methods and skills in physics and chemistry, both experimental and numerical, encompassing temporal and spatial windows that range from the molecular to the macroscopic scales and provide a strong added value to the proposed French-German collaboration.