Gleichgewicht bei Erdbeben und Bildung von Metallen
Das Gleichgewicht wird üblicherweise als ein stationärer Zustand definiert, in dem eine reversible chemische Reaktion mit der gleichen Geschwindigkeit Produkte (C und D) erzeugt, wie sie "Reaktantien" (A und B) erzeugt, so dass die Konzentrationen aller in Lösung befindlichen Komponenten konstant bleiben. Das chemische Gleichgewicht gilt für sämtliche Feststoffe, die chemische Veränderungen durchlaufen, wie etwa Gesteine, Metalle in Autokarosserien und auch Halbleiterchips. Überdies sind die festen Stoffe in allen diesen Beispielen gleichzeitig auch mechanischen Spannungen ausgesetzt. Auch wenn die Grundlagen des chemischen Gleichgewichts bereits vor 150 Jahren beschrieben werden konnten, warf der spezielle Fall des chemischen Gleichgewichts von Feststoffen unter den Bedingungen der mechanischen Belastung damals Probleme auf und ist auch heute noch ein offenes Forschungsgebiet. Europäische Forscher initiierten das PRESS-Projekt ("Precipitate elastic stress states"), um den speziellen Fall chemischer Reaktionen zu untersuchen, bei denen eine Ausfällung (aus einer Flüssigkeit erzeugte feste Verbindung) auf einem nicht-hydrostatisch gespannten Kristall in Lösung gebildet wird. Unter diesen Bedingungen gibt es die Tendenz, dass eine nicht-hydrostatische Spannung ein Material verformt und möglicherweise dessen Eigenschaften verändert, ohne das Volumen zu beeinflussen (entspricht einer elastischen Veränderung). Die Wissenschaftler verfolgten das Ziel, der Frage nachzugehen, ob der Spannungszustand der Ausfällung und ausgelöste Risse explizit bei der Modellierung nicht-hydrostatischer gespannter Kristalle in Kontakt mit der Lösung verwendet werden können oder nicht. Das PRESS-Team bestätigte, dass der Spannungszustand der Ausfällung durch einen einzigen Parameter (dc), der die kritische Dicke repräsentiert, beschrieben werden könnte, und dass ein nicht-hydrostatisch belasteter Kristall, wenn er nur ausreichend groß ist, immer eine glatte spannungsfreie Grenzfläche zu der Lösung (eine Haut) ergibt. Es wurde ein neuartiges Modell für diffuse Grenzflächen entwickelt, welches das chemische und mechanische Gleichgewicht sowie deren Kopplung einbezieht, um Rissbildungen in Größenordnungen länger als dc während der irreversiblen, gekoppelten mechanischen und chemischen Grenzflächenausbreitung in Flüssigkeiten und Feststoffen zu untersuchen. Die PRESS-Projektergebnisse sind für viele Bereiche wie die Physik, Erdwissenschaften, Geologie und Materialwissenschaften von Bedeutung und könnten das Wissen über das Materialverhalten in verschiedenen Systemen, beginnend bei Reaktionen auf seismische Ereignisse bis hin zu Abläufen in elektronischen Bauelementen, erweitern.
