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Der Wissenschaftler findet seine Belohnung in dem,
was Poincaré die Freude am Verstehen nennt, nicht
in den Anwendungsmöglichkeiten seiner Erfindung.
Albert Einstein
2 Einleitung
Die Untersuchung der vor über 150 Jahren entdeckten Thermodiffusion ist auch
heute noch ein viel diskutiertes Thema. Dabei handelt es sich um einen Massenfluss
in multikomponentigen Systemen, der seinen Ursprung in einem Temperaturgradienten
hat und nach den Entdeckern auch als Ludwig-Soret-Effekt bezeichnet
wird [1, 2]. Für diesen Effekt gibt es bis heute keine vollständige, mikroskopische
Theorie. Daher ist es immer noch Ziel der aktuellen Forschung, die theoretischen
Grundlagen besser zu verstehen. Darüber hinaus wird aber auch der weitreichenden
Einfluss der Thermodiffusion, zum Beispiel in der präbiotischen Evolution, der
DNA-Replikation und dem Ursprung des Lebens in der Literatur behandelt [3, 4]. In
der Geologie hat der Soret-Effekt zum einen Aufmerksamkeit erlangt, weil Silikate,
aus denen 90 % der Erdkruste bestehen, eine starke Isotopentrennung durch Thermodiffusion
zeigen [5]; zum anderen ist die Konvektion von Magma im Erdmantel
mit starken Temperaturgradienten verbunden, die wiederum die Strukturbildung
beeinflusst [6]. Weiterhin sind Anwendungsbereiche wie die Erforschung von Erdöllagerstätten
[7], die Fraktionierung polydisperser Polymere und multikomponenter
Polymermischungen durch „Thermische Feld-Fluss-Fraktionierung“ [8] und die kommerzielle
Bereitstellung von Geräten für Untersuchungen in der Biochemie wie zum
Beispiel Proteinfaltungen [9] entstanden.
Richard Feynmans Rede „There’s Plenty of Room at the Bottom“ 1959 über die
neuen physikalischen Möglichkeiten im Bereich der Miniaturisierung gilt als der
Anfangspunkt der Nanotechnologie, obwohl dieser Begriff selbst erst 1974 von Norio
Taniguchi formuliert wurde [10]. In der Zwischenzeit hat sich eine vielfältige
Grundlagen- und Anwendungsforschung für kolloidale Systeme etabliert: von Dynamik
auf der Nanometerskala und Mikrorheologie [11], über gezielte Beeinflussung
organischer Materialien in der Medizin (vor allem der Krebstherapie) [12, 13], optische
Abbildungsmechanismen [14–16] und Sensorik und Bildgebung [17]. Dabei
sind Metall-Kolloide aufgrund ihres Absorptions- und Streuverhaltens, das über die
Mie-Theorie beschrieben werden kann, besonders interessant. Die besondere spektrale
Verteilung von Streu- und Durchlicht wurde bereits bei den Römern genutzt:
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