Bestimmung von Schlüsselparametern der Phasenumwandlungskinetik mittels Untersuchungen an mesoskopischen Modellsystemen

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Die Vorhersage von Gleichgewichtseigenschaften von einfachen Flüssigkeiten und festen Körpern durch Untersuchungen an Modellsystemen hat sich bereits vielfach bewährt. Hier wird vorgeschlagen, diesen Ansatz bei der Untersuchung von Nicht-Gleichgewichtsprozessen, nämlich von Erstarrungsvorgängen in unterkühlten (monoatomaren und binären) Metallschmelzen zu testen und ggf. anzuwenden. Dazu soll die Unterkühlungsabhängigkeit verschiedener, bisher nicht direkt zugänglicher Schlüsselparameter der Phasenübergangskinetik in kolloiden Dispersionen experimentell bestimmt werden. Im Fokus stehen dabei Größen wie die Wachstumsrate, die homogene Keimbildungsrate bzw. -ratendichte sowie die Grenzflächenenergie <7, die in zeitaufgelösten optischen Experimenten zugänglich sind. ¿Ultra Small Angle X-ray Scattering wird genutzt, um die Größenverteilung der Partikel in der Dispersion und die Nahordnungsstruktur der Kolloide in ihrem stabilen und soweit möglich auch metastabilen Flüssigkeitszustand zu untersuchen. Zunächst wird aus den Keimbildungsraten die Aktivierungsenergie der Keimbildung AG^-c^/A^M2 und aus der Unterkühlungsabhängigkeit der Wachstumsraten die Differenz der chemischen Potentiale A/i von flüssiger und fester Phase bestimmt. Hieraus ist dann auch a erhältlich. Geladene Kolloide sind hierfür ein vorteihaftes Modellsystem, da die Wechselwirkungspotentiale z.B. durch Variation der Elektrolytkonzentration in der Lösung variiert werden können. Dies erlaubt es die flüssig-fest Grenzflächenenergie und die Nahordnung der Fluide als Funktion der Wechselwirkungspotentiale zu studieren und einen Zusammenhang zwischen Nahordnung und flüssig-fest Grenzflächenenergie herzustellen. Die Resultate werden ferner auf Metalle angewendet und durch Untersuchungen des Phasenselektionsverhalten bei der Erstarrung ausgewählter Metallschmelzen auf ihre Relevanz untersucht.