Wassermobilität in der grenzflächeninduzierten Schmelzschicht von Eis/Tonmineral‐Nanokompositen

• Published in: Angewandte Chemie
• Main Authors: Li, Hailong, Mars, Julian, Lohstroh, Wiebke, Koza, Michael Marek, Butt, Hans‐Jürgen, Mezger, Markus
• Other Authors: China Scholarship Council, Graduate School of Excellence Materials Science In Mainz
• Format: Article in Journal/Newspaper
• Language: English
• Published: Wiley 2021
• Subjects: permafrost
• Online Access: http://dx.doi.org/10.1002/ange.202013125; https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/ange.202013125; https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full-xml/10.1002/ange.202013125

Abstract An Festkörper/Eis‐Grenzflächen bildet sich bereits bei Temperaturen unterhalb des Volumenschmelzpunkts bei 0 °C eine grenzflächeninduzierte Schmelzschicht. Die strukturellen und dynamischen Eigenschaften innerhalb der Schmelzschicht sind Gegenstand intensiver Diskussionen. Hier wurde der Diffusionskoeffizient D t von Wasser in Eis/Tonmineral‐Nanokompositen mit quasielastischer Neutronenstreuung bestimmt. Proben aus hydrophilem Vermikulit mit negativer Oberflächenladung, ungeladenem hydrophilem Kaolin und hydrophoberem Talk dienen als Modellsysteme für Permafrost. Unterhalb des Volumenschmelzpunkts nimmt D t rasch ab; unter −4 °C werden Plateauwerte erreicht. Bei diesen Temperaturen ist D t in der Schmelzschicht um bis zu einen Faktor 2 im Vergleich zu unterkühltem Wasser reduziert. In Proben aus geladenem Vermikulit wurde die geringste Wassermobilität beobachtet, gefolgt von Kaolin und dem hydrophoberen Talk. Diese Befunde werden durch die intermolekularen Wechselwirkungen von Wasser mit den verschiedenen Mineraloberflächen sowie die Anreicherung der “Low‐Density Liquid Water”(LDL)‐Wasserkomponente an Grenzflächen erklärt.