B1 Selbstdiffusion und Transport von molekularen Flüssigkeiten in granularen Packungen aus mesoporösen Silikat- und Aerogelpulvern

Wasser imbibition in kontrolliert porösem Glas (nanoporöses Vycor-Glas). Die Geschwindigkeit im Video ist 400 Mal höher als im realen Experiment (Gesamtzeit ca. 2 Stunden).

Doktorand:

Projektbeschreibung:

Fluidtransport in Nanoporen spielt eine dominante Rolle in einer Vielzahl von natürlichen und technologischen Prozessen, vom Wassertransport in Böden und Gesteinen bis hin zur Ölgewinnung. Insbesondere kapillargetriebene, spontane Imbibitions- und Adsorptions-/Desorptionsprozesse in natürlichen und künstlichen porösen Medien haben in den letzten Jahren sowohl in den Grundlagen- als auch in den angewandten Wissenschaften eine breite Beachtung gefunden. Die reine geometrische Beschraenkung und die Wechselwirkung zwischen dem Fluid und der festen Matrix können zu erheblichen Abweichungen vom Volumenverhalten des Fluids führen.

Hier wollen wir das Selbstdiffusions- und Transportverhalten von Wasser und anderen Flüssigkeiten in künstlichen porösen Medien erforschen, die von monolithischem Kieselglas (Vycor), porösen Kohlenstoffen und Kieselaerogelen bis hin zu granularen Packungen aus geordneten mesoporösen Gläsern wie SBA-15 und MCM-41 reichen.

Betreuer:

Prof. Dr. Patrick Huber, Prof. Dr. Robert Meißner

Co-Betreuer:

Prof. Howard A. Stone, Princeton University

Methodik:

Experimente

Gravimetrische und volumetrische Infiltrationsmessungen
Imbibitions-induzierte Verformung (in-situ Dilatometry)
Bildgebende Verfahren, z.B. röntgenbasierte 4D-Tomographie, optische Bildgebung und zeitabhängige Röntgenkleinwinkelstreuung
Quasi-elastische Neutronenstreuung

Modellierung/Simulation

Kontinuumsmechanik und Darcy-Strömungsbeschreibung
Lattice-Boltzmann-Simulation zur kapillargetriebenen Wasserströmung

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Figure 1: Schematische Darstellung unseres Dilatometrie-Experiments: Links: Poröse Matrix, die sich ausdehnt, wenn Wasser eindringt. Rechts: Modell der Strömungsdynamik auf der Einzelporenskala.