Kolloid-basierte Produkte spielen eine große Rolle in unserem täglichen Leben. Das Verständnis der Wechselwirkungen in diesen Systemen stellt einen wichtigen Aspekt der aktuellen Forschung dar. Diese Arbeit untersucht Oberflächenkräfte in kolloidalen Dispersionen im Hinblick auf die gegenseitige Beeinflussung der Nanostruktur dieser Dispersionen und der Oberflächenkräfte. Neben den Oberflächenkräften, welche durch die DLVO-Theorie beschrieben werden, treten oszillierende Strukturkräfte aufgrund einer spezifischen Ordnung der kolloidalen Partikel auf. Es werden zwei Modellsysteme als kolloidale Dispersionen verwendet: Suspensionen von Siliziumdioxid-Nanopartikeln und Dispersionen von Tensidmizellen. Im Rahmen dieser Arbeit werden Oberflächenkräfte in kolloidalen Dispersionen mit Hilfe der kolloidalen Sonden-Rasterkraftmikroskopie gemessen.

Elektrostatische Wechselwirkungen verursachen in Dispersionen von geladenen Partikeln eine ausgeprägte Ordnung zwischen diesen. Für sphärische Partikel skaliert der mittlere Partikelabstand mit dem Volumenanteil der dispergierten Partikel über eine inverse Kubikwurzelabhängigkeit. Oszillierende Strukturkräfte in diesen Dispersionen zeigen typischerweise eine Wellenlänge, welche sich direkt auf den mittleren Partikelabstand bezieht. Mit diesem Wissen kann eine Messung von oszillierenden Strukturkräften, bei bekanntem Volumenanteil der Partikel, zur Bestimmung von Partikeleigenschaften genutzt werden. Im Speziellen wird dies anhand der Bestimmung der Durchmesser von Nanopartikeln durch Kraftmessungen in kolloidalen Suspensionen demonstriert.

Die Gültigkeit dieser inversen Kubikwurzelabhängigkeit wird im Hinblick auf eine veränderte Oberflächenladung der Partikel überprüft. Durch Mischung von nicht-ionischen und ionischen Tensiden kann die Oberflächenladung von Partikel eingestellt werden, was mit Hilfe von Kleinwinkel-Neutronenstreuung nachgewiesen wird. Es wird gezeigt, dass die inverse Kubikwurzelabhängigkeit ausschließlich bei stark geladenen Partikeln erhalten wird. Mit abnehmender Oberflächenladung ist die Ordnung zwischen den Partikeln weniger ausgeprägt und deren mittlerer Partikelabstand reduziert. Somit werden oszillierende Strukturkräfte in diesen Dispersionen sowohl über den Volumenanteil, als auch die Oberflächenladung der Partikel genau angepasst.

Um die komplette Oberflächenkraft zu beschreiben ist es notwendig neben den oszillierenden Strukturkräften weitere Kraftbeiträge zu betrachten. Hier werden Kräfte zwischen geladenen Oberflächen in Suspensionen von Nanopartikeln mit einer Superposition von elektrostatischen Doppelschichtkräften und oszillierenden Strukturkräften modelliert. Die elektrostatische Abschirmlänge kolloidaler Dispersionen, ein wichtiger Parameter für die Beschreibung der elektrostatischen Doppelschichtkraft, wird über Leitfähigkeitsmessungen unabhängig bestimmt. Auf diese Weise können beide Kraftbeiträge separiert werden. Dies ermöglicht eine einheitliche Beschreibung der Oberflächenkraft bis zu einem Abstand, bei welchem sich beide Oberflächen fast berühren.