Diffusion von H haltigen Spezies in Silikatglas - Entwicklung einer neuen experimentellen Technik

• Antragsteller: Dr. Hans Werner Becker; Professor Sumit Chakraborty, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 342185776

Der Transport von Wasserstoff in Gläsern bei niedrigen Temperaturen (unter 200 °C) ist für eine Reihe von Anwendungen von Bedeutung wie z.B. für die Obsidian-Datierung archäologischer Objekte, für paläoklimatische Untersuchungen, für die Endlagerung hochradioaktiven Abfalls, für die Produktion vulkanischer Asche, bei der biochemischen Verwitterung von Basalt und seiner Bedeutung für geochemische Abläufe, für die Festlegung der mechanischen Eigenschaften von Gläsern bei deren Herstellung, für das Verständnis des Verhaltes von Glaselektroden bei der chemischen Analyse sowie für das Verständnis bestimmter optischer Datenspeicher.Die experimentelle Bestimmung der Diffusionskoeffizienten wasserstoffhaltiger Spezies unter diesen Bedingungen hat sich als schwierig, wenn nicht unmöglich erwiesen, weil das üblicherweise als Quelle benutzte Wasser mit Glas durch Auflösung - Ausfällungsreaktionen reagiert und es somit schwierig ist, den Diffusionsprozess zu isolieren. Erschwerend kommt hinzu, dass die Diffusionsraten bei niedrigen Temperaturen relativ klein sind. Die Extrapolation von bei höheren Temperaturen bestimmten Diffusionskoeffizienten zu tieferen Temperaturen hat sich ebenfalls als unzulänglich erwiesen, da so die beobachtete Form der Konzentrationsgradienten, die bei Niedrigtemperatur-Prozessen entstehen, nicht beschrieben werden kann. Wir haben für diese Problematik verschiedene neue experimentelle Ansätze entwickelt, insbesondere (a) die Möglichkeit wasserstoffhaltige, amorphe Dünnschichten herzustellen, die als Quelle von Wasserstoff ohne freies Wasser dienen und (b) die Möglichkeit geringe Konzentrationen von Wasserstoff unabhängig von der Speziation mit einer hohen Tiefenauflösung von wenigen Nanometern zu messen. Wir beabsichtigen in diesem Projekt, diese Entwicklungen zu nutzen, um die Diffusion von Wasserstoff in Gläsern unter Bedingungen zu untersuchen, die bislang unzulänglich waren. Ein besonderes Ziel ist es, die Abhängigkeit von der Zusammensetzung bei diesen Bedingungen zu bestimmen und zu verstehen, welche Änderungen im Diffusionsprozess zu einem anderen als dem bei höheren Temperaturen beobachteten Verhalten führen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr. Detlef Rogalla
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Dr. Christopher Beyer; Dr. Ralf Dohmen; Sara Fanara, Ph.D.; Dr. Thomas Fockenberg