Kurzfassung
Die Fähigkeit mit modernen Speicherringen und Freien-Elektronen-Lasern (FEL) intensive und kohärente Röntgenstrahlung auf wenige µm und nm zu fokussieren ermöglichten Studien von Materialien auf kleinen Längen- und kurzen Zeitskalen. Gasfokusierte Düsen, sogenannte 'Gas dynamic virtual nozzles' (GDVN) bieten die einzigartige Möglichkeit, komplexe Fluide in einen µm-dünnen Flüssigkeitsstrahl zu untersuchen. Die Bildung des Flüssigkeitsstrahls ist begleitet von hohen Flussraten und Drücken, welche zu Scherungen in der Flüssigkeit führen. In der vorliegenden Arbeit wurden zwei verschiedene Anwendungen von Flüssigkeitsstrahlen untersucht. Der Einfluss des Scherflusses auf kolloidale Dispersionen wurde mit Röntgenkleinwinkelstreuung untersucht und ein Experiment mit kohärenter Röntgenweitwinkelstreuung wurde an einem Wasserstrahl durchgeführt. Hierfür wurden Aufbauten, die es ermöglichen Röntgenstreuexperimente durchzuführen, entwickelt und gebaut. Zusätzlich wurde ein Laborplatz eingerichtet an dem GDVNs gebaut werden können. Die Flusseigenschaften des Flüssigkeitsstrahls und der Einfluss von Scherflüssen auf die Flüssigkeit wurde mit zwei verschiedenen kolloidalen Dispersionen an der Strahllinie P10 am Speichering PETRA III untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass hohe Scherflüsse im Flüssigkeitsstrahl zu Kompressionen und Expansionen der Partikelstruktur und zu Partikelausrichtungen führen. Die Scherrate im Flüssigkeitsstrahl konnte auf 50000 Hz abgeschätzt werden. Hiermit konnte die mögliche Nutzung einer Flüssigkeitsstrahlanlage für Rheologie-Studien gezeigt werden.
Das Röntgenstreuexperiment an Wasser wurde am XCS Instrument am Freien-Elektronen-Laser LCLS durchgeführt. Im Rahmen einer Machbarkeitsstudie wurden erste kohärente Diffraktionsbilder von Wasser aufgenommen.
The ability of modern storage rings and free-electron lasers to produce intense x-ray beams that can be focused down to µm and nm sizes offers the possibility to study soft condensed matter systems on small length and short time scales. Gas dynamic virtual nozzles (GDVN) offer the unique possibility to investigate complex fluids spatially confined in a µm sized liquid jet with high flow rates, high pressures and shear stress distributions. In this thesis two different applications of liquid jet injection systems have been studied. The influence of the shear flow present in a liquid jet on colloidal dispersions was investigated via small angle x-ray scattering and a coherent wide angle x-ray scattering experiment on a liquid water jet was performed. For these purposes, liquid jet setups that are capable for x-ray scattering experiments have been developed and the manufacturing of gas dynamic virtual nozzles was realized. The flow properties of a liquid jet and their influences on the liquid were studied with two different colloidal dispersions at beamline P10 at the storage ring PETRA III. The results show that high shear flows present in a liquid jet lead to compressions and expansions of the particle structure and to particle alignments. The shear rate in the used liquid jet could be estimated to 50000 Hz. The feasibility of rheology studies with a liquid jet injection system and the combined advantages is discussed. The coherent x-ray scattering experiment on a water jet was performed at the XCS instrument at the free-electron laser LCLS. First coherent single shot diffraction patterns from water were taken to investigate the feasibility of measuring speckle patterns from water.