Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Physiker der Saar-Uni untersuchen Gefrierprozess in Nanoporen

16.04.2013
Substanzen, die sich in winzigsten Poren befinden, weisen möglicherweise andere physikalische Eigenschaften auf als außerhalb der Poren.

So gefriert Wasser in nanoporösem Gestein nicht bei null Grad Celsius, sondern erst bei deutlich tieferen Temperaturen. Der Physikprofessor Rolf Pelster von der Universität des Saarlandes und sein Doktorand Klaus Schappert konnten jetzt zeigen, dass Argon in Nanoporen nicht bei einer bestimmten Temperatur gefriert, sondern dass der Gefrierprozess über einen sehr breiten Temperaturbereich von etwa 45 Grad Celsius abläuft. Trotz dieses beeindruckenden Nanoeffektes ändern sich die elastischen Eigenschaften des gefrorenen Argons nicht.

Die Studie wurde nun in der Fachzeitschrift „Physical Review Letters“ veröffentlicht.

In Nanoporen ist der Gefrier- und Schmelzpunkt einer Substanz häufig zu deutlich tieferen Temperaturen hin verschoben. Doch auch andere Eigenschaften können sich im Nanometer-Bereich verändern, beispielsweise die Elastizität einer Substanz. Sie spielt insbesondere bei der Entwicklung von Nanomaterialien und in der Geophysik eine wichtige Rolle. Zur Erforschung dieser Nanoeffekte haben Physiker der Saar-Uni in ihrer jetzt veröffentlichten Studie untersucht, wie sich Argon in Poren mit einem Durchmesser von acht Nanometern verhält. Sie nutzten dazu Vycor-Glas, das aus einem komplexen, schwammartigen Porennetzwerk besteht.

In makroskopischen Dimensionen liegt der Gefrierpunkt von Argon, das eine einfache kugelförmige Struktur hat, bei 84 Kelvin (-189 Grad Celsius). Bisher wurde angenommen, dass Argon in nanoporösem Vycor-Glas bei einer bestimmten Temperatur vom flüssigen in den festen Zustand übergeht. Die Saarbrücker Wissenschaftler konnten mithilfe von Ultraschallmessungen jedoch zeigen, dass in den Nanoporen der Gefrierprozess erst bei 76 Kelvin (-197 Grad Celsius) einsetzt und erst bei 30 Kelvin (-243 Grad Celsius) abgeschlossen ist. In diesem breiten Temperaturbereich ist daher sowohl flüssiges als auch festes, gefrorenes Argon in den Poren vorhanden. Die Ursache dieses kontinuierlichen Gefrier- und Schmelzprozesses ist in der Nanobegrenzung und der starken Krümmung der Porenwand zu suchen. Dieser stark ausgeprägte Nanoeffekt führt aber nicht zu einer Änderung der elastischen Eigenschaften des adsorbierten Argons: Die gefrorenen Argon-Anteile haben die gleichen elastischen Eigenschaften wie „normales“ kristallines Argon außerhalb von Nanoporen.

Die Physiker zeigten darüber hinaus, dass entgegen bisheriger Annahmen das gesamte in die Poren gefüllte Argon gefriert. Die ungeordnete Oberfläche der Porenwände kann eine Kristallisation der ersten Argon-Lagen in der Nähe der Porenwand bei tiefen Temperaturen
nicht verhindern.

Die in der Studie vorgestellte Analyse von Ultraschallmessungen eröffnet durch ihre Übertragung auf andere, komplexere Substanzen und poröse Proben die Möglichkeit, die elastischen Eigenschaften von Substanzen und deren Gefrier- und Schmelzverhalten im Nanometerbereich weiter zu erforschen.
Link zur Studie: http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.110.135701

Fragen beantwortet:
Klaus Schappert, Dipl.-Phys.
Experimentalphysik
Tel.: 0681 302-3032
E-Mail: k.schappert@mx.uni-saarland.de

Gerhild Sieber | Universität des Saarlandes
Weitere Informationen:
http://www.uni-saarland.de
http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.110.135701

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Neuartige Halbleiter-Membran-Laser
22.03.2017 | Universität Stuttgart

nachricht Seltene Erden: Wasserabweisend erst durch Altern
22.03.2017 | Universität Basel

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: Designer-Proteine falten DNA

Florian Praetorius und Prof. Hendrik Dietz von der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue Methode entwickelt, mit deren Hilfe sie definierte Hybrid-Strukturen aus DNA und Proteinen aufbauen können. Die Methode eröffnet Möglichkeiten für die zellbiologische Grundlagenforschung und für die Anwendung in Medizin und Biotechnologie.

Desoxyribonukleinsäure – besser bekannt unter der englischen Abkürzung DNA – ist die Trägerin unserer Erbinformation. Für Prof. Hendrik Dietz und Florian...

Im Focus: Fliegende Intensivstationen: Ultraschallgeräte in Rettungshubschraubern können Leben retten

Etwa 21 Millionen Menschen treffen jährlich in deutschen Notaufnahmen ein. Im Kampf zwischen Leben und Tod zählt für diese Patienten jede Minute. Wenn sie schon kurz nach dem Unfall zielgerichtet behandelt werden können, verbessern sich ihre Überlebenschancen erheblich. Damit Notfallmediziner in solchen Fällen schnell die richtige Diagnose stellen können, kommen in den Rettungshubschraubern der DRF Luftrettung und zunehmend auch in Notarzteinsatzfahrzeugen mobile Ultraschallgeräte zum Einsatz. Experten der Deutschen Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin e.V. (DEGUM) schulen die Notärzte und Rettungsassistenten.

Mit mobilen Ultraschallgeräten können Notärzte beispielsweise innere Blutungen direkt am Unfallort identifizieren und sie bei Bedarf auch für Untersuchungen im...

Im Focus: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Im Focus: Giant Magnetic Fields in the Universe

Astronomers from Bonn and Tautenburg in Thuringia (Germany) used the 100-m radio telescope at Effelsberg to observe several galaxy clusters. At the edges of these large accumulations of dark matter, stellar systems (galaxies), hot gas, and charged particles, they found magnetic fields that are exceptionally ordered over distances of many million light years. This makes them the most extended magnetic fields in the universe known so far.

The results will be published on March 22 in the journal „Astronomy & Astrophysics“.

Galaxy clusters are the largest gravitationally bound structures in the universe. With a typical extent of about 10 million light years, i.e. 100 times the...

Im Focus: Auf der Spur des linearen Ubiquitins

Eine neue Methode ermöglicht es, den Geheimcode linearer Ubiquitin-Ketten zu entschlüsseln. Forscher der Goethe-Universität berichten darüber in der aktuellen Ausgabe von "nature methods", zusammen mit Partnern der Universität Tübingen, der Queen Mary University und des Francis Crick Institute in London.

Ubiquitin ist ein kleines Molekül, das im Körper an andere Proteine angehängt wird und so deren Funktion kontrollieren und verändern kann. Die Anheftung...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Lebenswichtige Lebensmittelchemie

23.03.2017 | Veranstaltungen

Die „Panama Papers“ aus Programmierersicht

22.03.2017 | Veranstaltungen

Über Raum, Zeit und Materie

22.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Cybersicherheit für die Bahn von morgen

24.03.2017 | Informationstechnologie

Schnell und einfach: Edge Datacenter fürs Internet of Things

24.03.2017 | CeBIT 2017

Designer-Proteine falten DNA

24.03.2017 | Biowissenschaften Chemie