Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Erfolgreiches Experiment zur Struktur der Marangoni-Konvektion unter Schwerelosigkeit

02.05.2001


Prof. Dr. Dietrich Schwabe vom I. Physikalischen Institut derJustus-Liebig-Universität Gießen führte Experiment durch - "Gute Möglichkeitenzur Überprüfung und Verbesserung existierender Theorien"

Sehr erfolgreich verlief ein 14-minütiges Experiment zur Struktur der Marangoni-Konvektion unter Schwerelosigkeit, das am 28. April 2001 auf der Höhenforschungsrakete MAXUS 4 auf ESRANGE bei Kiruna (Nordschweden) von Prof. Dr. Dietrich Schwabe vom I. Physikalischen Institut der Justus-Liebig-Universität Gießen durchgeführt wurde. Finanziert wurde das Experiment von der European Space Agency ESA und dem Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF). Der erste Blick in die Daten verspricht, so Prof. Schwabe, interessante Ergebnisse.

Thermokapillare Konvektion wird in freien Schmelzenoberflächen durch dort herrschende Temperaturdifferenzen angetrieben, wie sie beispielsweise bei der Kristallzüchtung typisch sind. Thermokapillare Konvektion ist für den Stoff- und Wärmetransport wichtig, und bei der Kristallzüchtung sorgt ihre räumliche Struktur für Inhomogenitäten von Dotierstoff im Kristall und ihre zeitliche Struktur (Strömungsoszillationen) für Dotierstoffbänder (striations). Homogene Dotierung ist das Ziel - die Vermeidung konvektiver Strukturbildung in der Schmelze der Weg- und Kristallzüchtung bei kleinen Temperaturdifferenzen (unterhalb der Strukturbildungsschwelle) eine Möglichkeit. Dazu muss man die Mechanismen und die Schwelle der Strukturbildungsmechanismen verstehen bzw. kennen.

Der thermokapillare Antrieb und seine Einsatzschwelle für Oszillationen wirkt unabhängig von der Erdschwere (der Gravitation) und lässt sich daher in reiner Form unter Schwerelosigkeit studieren. Die Flüssigkeitszone - verwandt mit der "floating zone" aus der Siliziumeinkristalle für die Hochleistungsbauelemente der Halbleiterindustrie gezüchtet werden - ist dazu besonders geeignet. Sie ist ein Flüssigkeitszylinder mit freier Zylindermantelfläche, die an beiden Enden von z. B. Metallzylindern gleichen Durchmessers gehalten wird. Die beiden Metallzylinder werden auf verschiedene Temperatur gebracht und thermokapillare Konvektion mit einer Stärke angefacht, die der Temperaturdifferenz zwischen den Metallzylindern entspricht.

Prof. Schwabe und Norbert Kurmann vom 1. Physikalischen Institut der JLU untersuchen unter Schwerelosigkeit eine Flüssigkeitsbrücke an der Rayleigh-Grenze, d. h. mit einer Länge, die fünfmal größer ist als der Zonenradius. Ein solches Gebilde wird durch Oberflächenspannung stabil gehalten, aber nur unter Schwerelosigkeit ist eine so große Zonenlänge möglich. Stabile Zonen auf der Erde haben ein bedeutend kleineres Verhältnis von Länge zu Radius und sind darüber hinaus immer durch hydrostatischen Druck verformt.

Die lange Zone an der Rayleigh-Grenze hat den Vorteil, dass sich in ihr die wellenförmigen Störungen der thermokapillaren Konvektion auch in Achsenrichtung ausbreiten können, die bei kurzen Zonen auf der Erde durch die Endzylinder aus Metall unterdrückt werden. Die Gießener Wissenschaftler erwarten daher in der Zone an der Rayleigh-Grenze eine deutlich kleinere Temperaturdifferenz für den Oszillationseinsatz und hoffen, den Winkel der Wellenfronten zur Zonenachse messen zu können. Außerdem erwarten sie, neben der wellenförmigen Struktur, die Ausbildung von zwei bis drei Konvektionsrollen, die axial angeordnet sind, während auf der Erde die Zonen immer so kurz sind, dass nur eine thermokapillare Konvektionsrolle ausgebildet werden kann.

Die Beobachtungen und Messungen werden zu einer Überprüfung und der Verbesserung existierender Theorien führen, erklärt Prof. Schwabe nach dem erfolgreichen Verlauf des Experiments. Zum Beispiel berücksichtige die Theorie bisher nicht die mehrfachen axial angeordneten Konvektionsrollen, die alle den gleichen Drehsinn haben.

Kontakt:
Prof. Dr. Dietrich Schwabe


1. Physikalisches Institut der JLU Gießen
Heinrich-Buff-Ring 16
35392 Gießen

Tel.: 0641/99-33150
Fax: 0641/99-33119
E-Mail: Dietrich.Schwabe@physik.uni-giessen.de

Charlotte Brückner-Ihl | idw

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht cw-Wert wie ein Lkw: FH Aachen testet Weihnachtsbaum im Windkanal
20.11.2017 | FH Aachen

nachricht Ultrakalte chemische Prozesse: Physikern gelingt beispiellose Vermessung auf Quantenniveau
17.11.2017 | Universität Ulm

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Transparente Beschichtung für Alltagsanwendungen

Sport- und Outdoorbekleidung, die Wasser und Schmutz abweist, oder Windschutzscheiben, an denen kein Wasser kondensiert – viele alltägliche Produkte können von stark wasserabweisenden Beschichtungen profitieren. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben Forscher um Dr. Bastian E. Rapp einen Werkstoff für solche Beschichtungen entwickelt, der sowohl transparent als auch abriebfest ist: „Fluoropor“, einen fluorierten Polymerschaum mit durchgehender Nano-/Mikrostruktur. Sie stellen ihn in Nature Scientific Reports vor. (DOI: 10.1038/s41598-017-15287-8)

In der Natur ist das Phänomen vor allem bei Lotuspflanzen bekannt: Wassertropfen perlen von der Blattoberfläche einfach ab. Diesen Lotuseffekt ahmen...

Im Focus: Ultrakalte chemische Prozesse: Physikern gelingt beispiellose Vermessung auf Quantenniveau

Wissenschaftler um den Ulmer Physikprofessor Johannes Hecker Denschlag haben chemische Prozesse mit einer beispiellosen Auflösung auf Quantenniveau vermessen. Bei ihrer wissenschaftlichen Arbeit kombinierten die Forscher Theorie und Experiment und können so erstmals die Produktzustandsverteilung über alle Quantenzustände hinweg - unmittelbar nach der Molekülbildung - nachvollziehen. Die Forscher haben ihre Erkenntnisse in der renommierten Fachzeitschrift "Science" publiziert. Durch die Ergebnisse wird ein tieferes Verständnis zunehmend komplexer chemischer Reaktionen möglich, das zukünftig genutzt werden kann, um Reaktionsprozesse auf Quantenniveau zu steuern.

Einer deutsch-amerikanischen Forschergruppe ist es gelungen, chemische Prozesse mit einer nie dagewesenen Auflösung auf Quantenniveau zu vermessen. Dadurch...

Im Focus: Leoniden 2017: Sternschnuppen im Anflug?

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde und des Hauses der Astronomie in Heidelberg

Die Sternschnuppen der Leoniden sind in diesem Jahr gut zu beobachten, da kein Mondlicht stört. Experten sagen für die Nächte vom 16. auf den 17. und vom 17....

Im Focus: «Kosmische Schlange» lässt die Struktur von fernen Galaxien erkennen

Die Entstehung von Sternen in fernen Galaxien ist noch weitgehend unerforscht. Astronomen der Universität Genf konnten nun erstmals ein sechs Milliarden Lichtjahre entferntes Sternensystem genauer beobachten – und damit frühere Simulationen der Universität Zürich stützen. Ein spezieller Effekt ermöglicht mehrfach reflektierte Bilder, die sich wie eine Schlange durch den Kosmos ziehen.

Heute wissen Astronomen ziemlich genau, wie sich Sterne in der jüngsten kosmischen Vergangenheit gebildet haben. Aber gelten diese Gesetzmässigkeiten auch für...

Im Focus: A “cosmic snake” reveals the structure of remote galaxies

The formation of stars in distant galaxies is still largely unexplored. For the first time, astron-omers at the University of Geneva have now been able to closely observe a star system six billion light-years away. In doing so, they are confirming earlier simulations made by the University of Zurich. One special effect is made possible by the multiple reflections of images that run through the cosmos like a snake.

Today, astronomers have a pretty accurate idea of how stars were formed in the recent cosmic past. But do these laws also apply to older galaxies? For around a...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

VDI-Expertenforum „Gefährdungsanalyse Trinkwasser"

20.11.2017 | Veranstaltungen

Technologievorsprung durch Textiltechnik

17.11.2017 | Veranstaltungen

Roboter für ein gesundes Altern: „European Robotics Week 2017“ an der Frankfurt UAS

17.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Anwender-Workshops „Laserbearbeitung von Faserverbundwerkstoffen“

20.11.2017 | Seminare Workshops

Hand aufs Herz - was wissen wir über herzgesunde Lebensmittel?

20.11.2017 | Unternehmensmeldung

Transparente Beschichtung für Alltagsanwendungen

20.11.2017 | Materialwissenschaften