Experimente zur Schmelz- und Glasbildung von Siliciumdioxid unter extremen Stoßwellenbedingungen

• Antragsteller: Professor Dr. Falko Langenhorst, seit 10/2023
• Fachliche Zuordnung: Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen ; Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 405932909

Dieser Projektantrag konzentriert sich auf die Charakterisierung der Strukturen von Siliciumdioxidgläsern, die sich unter extremen Hochdruckbedingungen bei Kollisionen planetarer Körper bilden. Temperatur, Druck und Impulsdauer können die Bildungsmechanismen solcher Siliciumdioxidgläser und ihre Nah- und intermediäre Ordnung beeinflussen. Es ändern sich insbesondere Koordinationszahl und Polyedervernetzung. Aus dem Verständnis der Bildungsmechanismen und Glasstrukturen lassen sich wichtige Rückschlüsse auf den Impaktprozess ziehen. Zur Verfolgung dieses Ziels sollen drei unterschiedliche Arten von Hochdruckexperimenten durchgeführt werden, die sich hinsichtlich der Druckdauer deutlich unterscheiden: Laserbestrahlungs- (einige Nanosekunden), Sprengstoff- (ca. 1 Mikrosekunde) und Diamantstempelzellenexperimente (bis zu wenigen Minuten). Die Charakterisierung der Nah- und intermediären Ordnung soll über verschiedene spektroskopische und Beugungsmethoden aufgeklärt werden: Raman-, Elektronenenergieverlust- und Röntgenabsorptions-Spektroskopie sowie Röntgen- und Elektronenbeugung. Die Auswertung der Beugungsdaten wird insbesondere die Berechnung von radialen Verteilungsfunktionen umfassen, die mit theoretischen Modellen der Silicaglasstruktur verglichen werden sollen. Im direkten Anschluss an die ersten Experimente und Nachuntersuchungen sollen zudem natürliche Silicagläser aus Impaktkratern unterschiedlicher Größe (d.h., verschiedene Druckdauer) mit denselben Methoden analysiert werden. Dieser Vergleich mit natürlichen Proben ist Grundvoraussetzung für die Übertragung der experimentellen Ergebnisse auf die Natur und für das generelle Verständnis der Schmelz- und Glasbildung unter den Extrembedingungen von natürlichen Impaktprozessen. Die umfassende Nutzung unterschiedlicher experimenteller und analytischer Methoden in Kombination mit der Untersuchung natürlicher Proben stellt einen neuen und universellen Ansatz zum Verständnis der Bildungsmechanismen und Glasstrukturen von Impaktgläsern dar.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemalige Antragstellerin: Dr. Agnese Fazio, bis 9/2023