COMPLEX LIQUID SYSTEMS

J. Phys. IV France 03 (1993) C1-143-C1-161
DOI: 10.1051/jp4:1993113

Structure and dynamics of dense water-in-oil microemulsions below percolation threshold

S.H. CHEN¹, C.Y. KU¹, J. ROUCH², P. TARTAGLIA³, C. CAMETTI³ and J. SAMSETH<sup>4

1</sup>  Department of Nuclear Engineering, 24-211, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA 02139, US.A.
²  CPMOH, Université Bordeaux I, 351 Cours de la Libération, 33405 Talence, France
³  Dipartimento di Fisica, Università di Roma "La Sapienza", Piazzale Aldo Moro 2, 00185 Roma, Italy
⁴  Institut for Energiteknikk, P.O. Box 40, 2007 Kjeller, Norway

Résumé
Le système de microémulsions AOT/eau/décane présente une phase intéressante au voisinage de la température ambiante. Le diagramme de phase (température-fraction volumique) a un point critique bas, correspondant à une fraction volumique d'environ 10%, et est caractérisé par une ligne de percolation qui s'étend du point critique jusqu'au grandes fractions volumiques. La phase obtenue est constituée de gouttelettes d'eau sphériques polydisperses entourées d'une monocouche d'AOT, et dispersées dans un continuum d'huile. Ces gouttelettes interagissent entre elles via une interaction de type "coeur dur" à laquelle s'ajoute une interaction à courte distance qui augmente avec la température. Nous montrons que le modèle de sphères de Baxter rend compte d'une manière quantitative de la structure de la phase observée ainsi que de la ligne de percolation pourvu que le paramètre d'adhérence des sphères soit une fonction convenable de la température. Afin de déterminer la dépendance en température de ce paramètre, nous utilisons les facteurs de structure mesurés par diffusion de neutrons aux petits angles, au-dessous de la température critique. Nous étudions aussi la dynamique des gouttelettes au-dessous et à l'approche de la ligne de percolation par diffusion de lumière. En supposant l'existence de clusters fractales polydisperses, résultant de l'attraction des gouttelettes entre elles, nous pouvons calculer d'une manière quantitative le premier cumulant et la fonction de corrélation dépendant du temps de la densité de gouttelette. L'analyse des données de SANS indique que, au-dessus de la ligne de percolation, on passe graduellement d'une structure en clusters à une structure ordonnée bicontinue.

Abstract
The three-component ionic microemulsion system consisting of AOT/water/decane shows an interesting phase behavior in the vicinity of room temperature. The phase diagram in the temperature-volume fraction (of the dispersed phase) plane exhibits a lower consolute critical point around 10% volume fraction and a percolation line, cutting across the plane starting from the vicinity of the critical point, extends to high volume fraction side, at progressively lower temperatures. This phase behavior can be understood in terms of a system of polydispersed spherical water droplets, each coated by a monolayer of AOT, dispersed in a continuum of oil. These droplets interact with each other via a hard-core plus a short-range attractive interaction, the strength of which increases with temperature. We show that Baxter's sticky sphere mode1 can account for the phase behavior including the percolation line, quantitatively, provided that the stickiness parameter is a suitable function of temperature. We use the structure factors measured by small angle neutron scattering below the critical temperature to determine this functional dependence. We also investigate the dynamics of droplets below and approaching the percolation line by dynamic light scattering. Both the first cumulant and the droplet density time correlation function can be quantitatively calculated by assuming the existence of polydispersed fractal clusters form by the microemulsion droplets due to the attraction. Analysis of SANS data indicates that above the percolation line, the clustered droplets structure gradually transforms into an ordered bicontinuous structure.

© EDP Sciences 1993