Pump-probe optical setup for thermal conductivity measurements in planetary materials
Pump-probe optical setup for thermal conductivity measurements in planetary materials
批准号:
460605205
负责人:
金额:
$0.0万
依托单位:
依托单位国家:
德国
项目类别:
Major Research Instrumentation
财政年份:
2021
资助国家:
德国
项目状态:
未结题
起止时间:
2020-12-31 至 --
中文摘要
行星材料的热导率是决定行星内部冷却速率和热演化的基本性质,因此也决定了它们现在的结构和内部动力学。然而,在相关的压力-温度条件下,即在几千开尔文的Mbar压力范围之外,候选行星内部材料的导热性仍然受到很差的约束。为了解决这一知识上的差距,将在WWU m<s:1> nster矿物学研究所实施新的热导率测量实验设施,该实验设施应用超快泵浦探针光学技术与金刚石砧细胞相结合。然而,目前还没有一种独特的成熟技术能够在广泛的温度范围内测量晶格热导率,例如,从小冰体内部的230k到岩石/冰(系外)行星地幔的5000k以上。因此,基于时域热反射(TDTR)和闪光加热技术的两个子系统将结合在一个独特的仪器中,目前在德国或国外的任何研究机构都没有。新仪器将成为今后几十年领导工作组研究活动的中心,并将促进地球科学和材料科学之间前沿的跨学科合作。该仪器旨在提供关于各种相关化合物(包括地幔硅酸盐和氧化物、铁合金、熔体和行星冰材料)热性能的基本新数据,以进一步限制行星核的导热性、核-幔边界的热通量或行星冰体的热演化以及其他应用。此外,与主办机构的材料科学小组合作,预计将应用于研究各种先进和功能材料的热通量。
英文摘要
The thermal conductivity of planetary materials is a fundamental property that governs the cooling rates and thermal evolution of planetary interiors and hence, their present-day structure and internal dynamics. Yet, the thermal conductivity of candidate materials in deep planetary interiors remains poorly constrained at relevant pressure-temperature conditions, i.e. beyond the Mbar pressure range at several thousand Kelvin. To address this gap in knowledge, new experimental facilities for thermal conductivity measurements applying ultrafast pump-probe optical techniques coupled with diamond anvil cells will be implemented at the Institute of Mineralogy of WWU Münster. At present, however, there is no unique established technique that enables lattice thermal conductivity measurements over the broad range of temperatures of interest, e.g. from 230 K in the interior of small icy bodies to beyond 5000 K in the mantle of rocky/icy (exo)planets. Therefore, two sub-systems based on the Time-domain thermo-reflectance (TDTR) and flash heating techniques will be combined in a unique instrument currently not available at any research institution within Germany or abroad. The new instrument will be central in the research activities of the lead working group for the next decades and will promote interdisciplinary collaborations at the frontiers between geosciences and material sciences. The instrument is intended to provide fundamental new data on the thermal properties of a variety of relevant compounds, including mantle silicates and oxides, iron alloys, melts and planetary icy materials, to further constrain the thermal conductivity of planetary cores, the heat fluxes at the core-mantle-boundary or the thermal evolution of planetary icy bodies, among other applications. In addition, applications to investigate the thermal fluxes in a variety of advanced and functional materials are foreseen in collaboration with material sciences groups at the host institution.
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