22.04.2020 11:50

Physik: Friedrich Wilhelm Bessel-Forschungspreisträger an der HHU

An der Grenze von flüssig und fest

Von: Arne Claussen

Der griechische Physikprofessor Dr. George Petekidis von der Universität von Kreta und dem Institute of Electronic Structure and Laser-FORTH in Heraklion kooperiert seit 2016 mit dem Institut für experimentelle Physik der kondensierten Materie der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU). Die Zusammenarbeit erfolgt im Rahmen eines Bessel-Forschungspreises, für den Prof. Petekidis vom Düsseldorfer Institutsleiter Prof. Dr. Stefan Egelhaaf nominiert wurde. Gemeinsam untersuchen sie den Übergang von Festkörper- zu Flüssigkeitseigenschaften.

Prof. Dr. George Petekidis (links) von der Universität von Kreta und FORTH in Heraklion forscht an der HHU zusammen mit Prof. Dr. Stefan Egelhaaf zu wichtigen Materialeigenschaften, insbesondere dem Übergang vom flüssigen zum festen Zustand. (Foto: HHU / Christoph Kawan)

Manche Materialien verhalten sich wie Flüssigkeiten – sie fließen, wenn eine Kraft auf sie einwirkt –, andere hingegen wie Festkörper, die ihre Form behalten, selbst wenn eine äußere Kraft auf sie einwirkt. Es gibt aber auch Materialien, die je nach Situation die Eigenschaften eines Festkörpers oder einer Flüssigkeit zeigen.

So kann es beispielsweise von der Größe der angewendeten Kraft oder der Geschwindigkeit einer Deformation abhängen, ob das Material fließt oder nicht. Solche Materialien begegnen einem täglich, beispielsweise in Form von Ketchup, der nur ungern aus der Flasche fließen will. Auch bei Schutzwesten nutzt man den Effekt aus: Bewegt man sich langsam in ihnen, sind sie verformbar („flüssig“) und erlauben Körperbewegungen. Bei schnellen Bewegungen dagegen, etwa bei Schlägen oder Beschuss, sind sie fest und schützen den Träger.

Prof. Petekidis will zusammen mit Prof. Egelhaaf und seinem Team den Übergang von Festkörper- zu Flüssigkeits-Eigenschaften untersuchen und besser verstehen. Dies machen sie anhand von „kolloidalen Gläsern“, die einen besonders deutlichen Effekt zeigen.

Diese Gläser sind eine besondere Form „kolloidale Suspensionen“. In solchen sind Teilchen enthalten, die zwischen wenigen Nanometern und mehreren Mikrometern groß sind. Sind nur wenige Teilchen vorhanden, dann bewegen sie sich zufällig durch die ganze Flüssigkeit. Je höher aber die Teilchenkonzentration ist, desto langsamer und eingeschränkter bewegen sich Teilchen, da sie sich gegenseitig behindern. Bei sehr hohen Konzentrationen kommt die Bewegung fast völlig zum Erliegen; dann liegt ein kolloidales Glas vor.

Die Mobilität der Teilchen bleibt auch sehr stark eingeschränkt, wenn mit einer äußeren Kraft versucht wird, das Material zu verformen. Deshalb verhalten sich Gläser (zunächst) wie Festkörper. Falls die Kraft jedoch stark genug ist, dann werden die Teilchen doch bewegt und das Material fängt an zu fließen. Es verhält sich dann wie eine Flüssigkeit.

Prof. Egelhaaf: „Was genau beim Übergang von festen zu flüssigen Zuständen passiert, ist aktuell von großem wissenschaftlichen Interesse und besitzt gleichzeitig eine hohe technologische und industrielle Relevanz. Die Forschungen in Düsseldorf und diejenigen von Prof. Petekidis in Griechenland ergänzen sich ideal, da wir jeweils mit anderen Modellsystemen und Untersuchungsmethoden an das Thema herangehen.“

Zur Person

George Petekidis (geb. 1967 in Thessaloniki) studierte Physik an der Universität Thessaloniki (Diplom 1989) und wurde 1997 mit einer Arbeit zur Polymerphysik an der Universität von Kreta promoviert. Anschließend arbeitete er als Postdoc, unter anderem im Rahmen des Marie Curie Research Fellow-Programms, am Department of Physics and Astronomy an der Universität von Edinburgh und am Institute of Electronic Structure and Laser-FORTH in Heraklion. Im Jahr 2004 übernahm er eine Professur am Department of Materials Science and Technology der Universität von Kreta in Heraklion und ist mit dem Institute of Electronic Structure and Laser-FORTH affiliiert.

Prof. Petekidis ist international bekannt für seine Arbeiten zur Physik der weichen Materie und deren Anwendungen in der Materialwissenschaft. Er beschäftigt sich mit dem Verhalten von weicher Materie unter dem Einfluss mechanischer Kräfte oder unter Deformationen. Hierbei kombiniert er experimentelle Methoden, insbesondere Rheologie und Lichtstreuung, mit Computersimulationen. Dadurch erhält er systematische und quantitative Informationen auf allen relevanten Längenskalen und kann damit die Systeme sehr umfassend charakterisieren und deren Verhalten besser verstehen.

Im Jahr 2016 erhielt Prof. Petekidis den Bessel-Forschungspreis der Alexander von Humboldt-Stiftung, mit dem er seitdem immer wieder zu gemeinsamen Forschungsarbeiten mit Prof. Egelhaaf an die HHU reist. Während seiner Aufenthalte in Düsseldorf wird er sowohl die untersuchten Systeme als auch die benutzten Messmethoden erweitern.

Friedrich Wilhelm Bessel-Forschungspreis der Alexander von Humboldt-Stiftung

Die Preisträgerinnen und Preisträger werden für ihre herausragenden Forschungsleistungen ausgezeichnet. Kandidatinnen und Kandidaten werden von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Deutschland nominiert. Der Preis zielt auf in ihrem Fachgebiet international anerkannte Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus dem Ausland, deren Promotion vor nicht mehr als 18 Jahren abgeschlossen wurde. Von den Nominierten wird erwartet, dass sie zukünftig durch weitere wissenschaftliche Spitzenleistungen ihr Fachgebiet auch über das engere Arbeitsgebiet hinaus nachhaltig prägen werden.

Die Preisträgerinnen und Preisträger können mit dem Preis ein selbst gewähltes Forschungsvorhaben in Deutschland in Kooperation mit Fachkollegen für einen Zeitraum von bis zu einem Jahr durchführen. Der Preis ist mit 45.000 Euro dotiert. Die Humboldt-Stiftung verleiht jährlich rund 20 Friedrich Wilhelm Bessel-Forschungspreise.

Weitere Informationen: Seiten der Humboldt-Stiftung

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