Schmelzprozesse und Schmelzkinetik homogen überhitzter kolloidaler Suspensionen

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas Palberg
• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 319917750

Die Phänomenologie des Schmelzens galt bis vor kurzem noch als weitgehend verstanden. Neu entwickelte Experimente zum laserinduziertem Schmelzen und eine enorm gesteigerete Rechenleistung haben jedoch die Untersuchung stark überhitzter Festkörper ermöglicht. Deren Ergebnisse haben eine ganze Reihe von hoch interessanten und zugleich grundlegenden Fragen zu den Schmelzmechanismen und zur Schmelzkinetik bei homogen überhitzten Proben aufgeworfen. Hier wird vorgeschlagen, Schmelzprozesse und ihre Kinetik an kolloidalen Suspensionen modellhaft zu studieren. Dabei werden wir ausnutzen, dass kolloidale Systeme aufgrund ihrer spezifischen Zeit- und Längenskalen hervorragend mit einfachen aber leistungsstarken optischen Methoden zugänglich sind. Neben Polarisations-und Bragg-mikroskopie sollen Differentielle Dynamische Mikroskopie sowie zeitaufgelöste Statische Lichtstreuung eingesetzt werden. Im Fokus stehen zwei Klassen wässriger Suspensionen, deren elektrostatische Wechselwirkung mit bewährten experimentellen Methoden gezielt und kontrolliert einstellbar ist: binäre eutektischen Mischungen unter salzarmen Bedingungen und thermosensitive Kugel-Tensid Mischungen, bei denen die Wechselwirkungsstärke und -reichweite über das temperaturabhängigen Adsorptionsgleichgewicht der Tenside gesteuert wird. Für beide Systemklassen wurde in den Vorarbeiten bereits eine breite Palette unterschiedlicher Schmelzszenarien gefunden. Für die erste Förderperiode ist in Abhängigkeit von der (effektiven) Überhitzung eine umfassende Sichtung und Einordnung der Schmelzphänomenologie sowie eine quantitative Bestimmung der Nukleations- Wachstums- und Koaleszenzkinetik aufgeschmolzener Bereiche geplant. Später sollen dann auch die mikroskopischen Mechanismen der Schmelzkeimung mit hoch ortsauflösenden Methoden studiert werden. Langfristig erwarten wir durch den hier gewählten komplementären Zugang einen wichtigen Beitrag zu einem vertieften, möglichst quantitativen Verständnis des Schmelzens unter den Bedingungen homogener Überhitzung.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen