abgeschlossene Promotionen & Habilitationen

Habilitation

Prof. (em.) Dr.-Ing. Roger Grundmann

Im Fokus dieser Arbeit stehen Untersuchungen zu drei kanonischen Klassen von Nicht-Gleichgewichtssystemen, die sowohl in konzeptioneller wie auch technologischer Sicht bedeutsam sind. Die erste Klasse bilden reaktive Flüssig-flüssig-Systeme, in denen eine Komponente im Verteilungsungleichgewicht vorliegt. Das zweite System ist ein wässriger Elektrolyt im statischen Magnetfeld, aus dem bei Vorliegen einer Überspannung metallische Ionen an der Kathode abgeschieden werden. Die dritte Systemklasse schließlich repräsentieren elektromagnetisch gerührte Metallschmelzen, in denen es bei Vorliegen einer Unterkühlung zu einem Phasenübergang, der Erstarrung kommt. rnDiese drei Systemklassen sind durch mehrere Aspekte miteinander verknüpft. Charakteristisch für alle drei Typen ist jeweils das Vorhandensein einer Grenzfläche, die nicht nur statisch ist, sondern sich auch deformieren bzw. im Raum bewegen kann. Diese Grenzfläche operiert als Quellterm für Stoff bzw. Wärme. Vermittels hydrodynamischer Instabilitäten kommt es an ihr zum spontanen Einsetzen von Konvektionsströmungen, die vielfach mit einer faszinierenden Musterbildung verknüpft sind.rnMit unseren Untersuchung zu diesen Strömungen in Kap.2 sind einerseits wichtige Einblicke in die chemo-hydrodynamische Strukturbildung überhaupt gelungen. Anderseits stellt deren Verständnis die Grundlage für die beiden weiteren Systeme in Kap.3 und 4 dar, in denen freie Konvektionsströmungen in Form von Naturkonvektion oder thermosolutaler Konvektion ebenfalls auftreten und mit der hier interessierenden erzwungenen Konvektion wechselwirken. Da es sich sowohl beim Elektrolyt und erst recht bei den Metallschmelzen um elektrisch leitfähige Fluide handelt, kann eine erzwungene Konvektion hierbei in eleganter Weise durch die Lorentzkraft angefacht werden, die aus der Kopplung von elektrischem Strom und Magnetfeld resultiert. Unsere Untersuchungen beider Systemklassen in Modellgeometrien haben maßgeblich das Verständnis derartiger Strömungen befördert und damit einen Beitrag zu der international intensiv debattierten Fragestellung geliefert, wie mittels einer erzwungenen Konvektion die Struktur-Eigenschafts-beziehungen der untersuchten Prototypen gezielt verbessert werden können.rnEin dritter Aspekt, der die ersten beiden Systemklassen verbindet, besteht in der verwendeten Messtechnik. Da es sich hierbei jeweils um transparente Fluide handelt, sind optische Messverfahren für deren Analyse das Mittel der Wahl. Insbesondere kommen interferometrische Verfahren, die ursprünglich für die Untersuchungen zur Strukturbildung in Kap.2 ertüchtigt wurden, auch zur Analyse der Konzentrationsverteilungen in binären Elektrolyten (Kap.3) zum Einsatz. Neben einer Einführung in die Physik dieser drei Systemklassen in jedem der Kapitel werden im Anschluss daran die wichtigsten Journal-Veröffentlichungen besprochen, die im Anhang der Arbeit im Original zu finden sind.

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