TU Dresden: Forschungsbericht 2006 - im ...

DFG-SCHWERPUNKTPROGRAMME 3.5.
Inhaltliche Beschreibung der Teilprojekte der TU Dresden:
Neutronenstromexperiment zur Aufklärung der Mikrostruktur gescherter Ferrofluide
unter Einfluss magnetischer Felder
(Institut für Strömungsmechanik, Professur für Magnetofluiddynamik, Prof. Dr. rer. nat.
habil. Stefan Odenbach)
Im ersten der beiden Teilprojekte an der TU Dresden stand die Untersuchung des rheologischen
Verhaltens magnetischer Flüssigkeiten im Zentrum des Interesses. Wie zuvor
schon erwähnt wurde, zeigen Ferrofluide unter Einwirkung eines Magnetfeldes eine
deutliche Erhöhung ihrer Viskosität, die in der klassischen Beschreibung der Ferrohydrodynamik
auf eine Behinderung der freien Rotation der magnetischen Partikel in einer
Scherströmung durch die Feldeinwirkung zurückgeführt wird. Vergleicht man jedoch die
experimentellen Resultate mit der Theorie so zeigt sich, dass der theoretische Ansatz die
empirisch gefundenen Veränderungen deutlich unterschätzt. Dieser Unterschied kann auf
mikrostrukturelle Veränderungen in der Flüssigkeit zurückgeführt werden, d. h. auf die
Bildung von Ketten magnetischer Partikel durch deren magnetische Wechselwirkung im
Magnetfeld. Um den Einfluss der grundsätzlichen strukturellen Parameter von Ferrofluiden
auf den so genannten magnetoviskosen Effekt untersuchen und mit den mikrostrukturellen
Veränderungen korrelieren zu können, wurde im Rahmen des Teilprojekts ein spezielles
Rheometer entwickelt, mit dem im gleichen experimentellen Aufbau sowohl die rheologischen
Eigenschaften der Fluide vermessen, als auch Untersuchungen zu den relevanten
mikrostrukturellen Veränderungen mittels Neutronenkleinwinkelstreuung durchgeführt
werden konnten. Die Neutronenkleinwinkelstreuung liefert dabei ein Abbild der Mikrostruktur,
das mit den Ergebnissen, z. B. molekulardynamischer Simulation, verglichen
werden kann. Durch die Vernetzung des Projekts innerhalb des Schwerpunktprogramms
ist es dabei gelungen, durch den Vergleich der experimentellen Daten mit den Ergebnissen
theoretisch arbeitender Gruppen ein detailliertes Bild der mikroskopischen Struktur von
Ferrofluiden in Scherströmungen und unter Magnetfeldeinfluss zu gewinnen. Auf der
Basis dieser Erkenntnisse konnten neuartige Ferrofluide synthetisiert werden, die verbesserte
magnetorheologische Eigenschaften haben. Mit diesen verbesserten Fluiden wurden
ebenfalls innerhalb des Programms technische Anwendungen, insbesondere im Kontext
der Mikropositionierung, entwickelt.
Röntgentomographische Untersuchung der Biodistribution magnetischer Partikel in
biomedizinischen Anwendungen von Ferrofluiden
(Institut für Strömungsmechanik, Professur für Magnetofluiddynamik, Prof. Dr. rer. nat.
habil. Stefan Odenbach)
Das zweite an der TU Dresden angesiedelte Projekt befasst sich mit einer Problematik aus
dem biomedizinischen Zweig des Schwerpunktprogramms. Eine fundamentale Fragestellung
der biomedizinischen Applikation magnetischer Nanopartikel betrifft deren Verteilung
im Gewebe und dabei insbesondere innerhalb des Tumors. Derartige Untersuchungen
werden in der Medizin typischerweise mittels histologischer Schnitte durchgeführt, womit
aber nur lokale Informationen erzielt werden. Im Rahmen des Teilprojekts war es daher das
Ziel, die dreidimensionale Verteilung der Partikel mit hoher räumlicher Auflösung mittels
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