Evaluation von Einflüssen auf die Spurenelement-Diffusion in Rutil als petrogenetischer Indikator und für industrielle Anwendungen

• Antragstellerin: Dr. Mona Lüder
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 572038194

Rutil ist ein häufiges Mineral in verschiedenen metamorphen Gesteinen und kann genutzt werden um die Entstehung des Wirtsgesteins zu verstehen. Dies beruht auf darauf, wie Spurenelemente wie Nb, Ta, Zr und Al in Rutil eingebaut werden. Die kinetischen Prozesse, die diesem Einbau zugrunde liegen, müssen jedoch noch besser verstanden werden. Zusätzlich, kann Rutil, das Nb und/oder Al enthält, Eigenschaften entwickeln, die Rutil für verschiedene industrielle Anwendungen zur Erzeugung erneuerbarer Energien wichtig machen. Ich werde die Diffusion von Nb, Ta, Zr, Hf und Al in Rutil untersuchen, um die natürlichen Prozesse besser einzugrenzen und die Anwendbarkeit von Rutil in der Industrie zu fördern. Ich werde Diffusionsexperimente an Rutil mit verschiedenen Spurenelementen durchführen. Bei diesen Experimenten werde ich die Temperatur, die Verfügbarkeit von Sauerstoff und die Rutilzusammensetzung kontrollieren. Es ist zu erwarten, dass alle diese Variablen die Diffusion von Spurenelementen in Rutil beeinflussen. Indem ich jeweils eine Variable ändere, ist es möglich, ihren Einfluss auf die Diffusionsraten zu bewerten. Zu diesem Zweck werde ich mehrere Versuchsreihen durchführen, bei denen jeweils eine Variable verändert wird. Es werden zwei verschiedene Arten von Experimenten durchgeführt. Für einige Experimente werden Nb-, Ta-, Zr- und Hf-dotierte nm-dünne Schichten auf der Rutiloberfläche aufgetragen. Für andere werden Rutilkörner in Nb-Ta-Zr-Hf-dotiertes oder Al-dotiertes Ti-Oxid-Pulver eingebettet. Diese so genannten „Diffusionspaare“ werden in einen Ofen gegeben, der mit Gas gefüllt werden kann. Durch die Verwendung der Gase CO und CO2 kann die Menge des verfügbaren Sauerstoffs gesteuert werden. Die experimentellen Produkte werden hochauflösend mit einem Elektronenmikroskop oder einem Massenspektrometer gemessen, um festzustellen, wie viel von den Spurenelementen in welcher Tiefe von der Oberfläche aus eingebaut wurde. Diese „Diffusionsprofile“ können uns Informationen über die Geschwindigkeit geben, mit der verschiedene Spurenelemente in Rutil eingebaut werden können. Durch den Vergleich der verschiedenen Raten bei den Experimenten werden wir in der Lage sein, die zugrunde liegenden Prozesse zu verstehen. Auf dieser neuen Datengrundlage werden wir computergestützte Modelle entwickeln, die sich auf die Untersuchung natürlicher Proben anwenden lassen. Um dies zu testen, werden wir diese Modelle auf eine Reihe gut erforschter natürlicher Proben anwenden. Zusätzlich werden wenige Experimente an natürlichem Rutil durchgeführt um die Übertragbarkeit von Experimenten auf natürliche Proben zu evaluieren. Dies wird uns dabei helfen, Rutil als Indikator für die Entstehung natürlicher Gesteine zu verwenden. Außerdem werden wir dies auf das Verständnis von großräumigen, weit diskutierten Prozessen auf der Erde anwenden können. Schließlich können diese neuen Raten zur Verbesserung der Herstellung von Rutilmaterialien für die Industrie verwendet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen