Pump-probe optical setup for thermal conductivity measurements in planetary materials

用于行星材料热导率测量的泵浦探针光学装置

基本信息

  • 批准号:
    460605205
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    德国
  • 项目类别:
    Major Research Instrumentation
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    德国
  • 起止时间:
    2020-12-31 至 无数据
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

The thermal conductivity of planetary materials is a fundamental property that governs the cooling rates and thermal evolution of planetary interiors and hence, their present-day structure and internal dynamics. Yet, the thermal conductivity of candidate materials in deep planetary interiors remains poorly constrained at relevant pressure-temperature conditions, i.e. beyond the Mbar pressure range at several thousand Kelvin. To address this gap in knowledge, new experimental facilities for thermal conductivity measurements applying ultrafast pump-probe optical techniques coupled with diamond anvil cells will be implemented at the Institute of Mineralogy of WWU Münster. At present, however, there is no unique established technique that enables lattice thermal conductivity measurements over the broad range of temperatures of interest, e.g. from 230 K in the interior of small icy bodies to beyond 5000 K in the mantle of rocky/icy (exo)planets. Therefore, two sub-systems based on the Time-domain thermo-reflectance (TDTR) and flash heating techniques will be combined in a unique instrument currently not available at any research institution within Germany or abroad. The new instrument will be central in the research activities of the lead working group for the next decades and will promote interdisciplinary collaborations at the frontiers between geosciences and material sciences. The instrument is intended to provide fundamental new data on the thermal properties of a variety of relevant compounds, including mantle silicates and oxides, iron alloys, melts and planetary icy materials, to further constrain the thermal conductivity of planetary cores, the heat fluxes at the core-mantle-boundary or the thermal evolution of planetary icy bodies, among other applications. In addition, applications to investigate the thermal fluxes in a variety of advanced and functional materials are foreseen in collaboration with material sciences groups at the host institution.
行星材料的热导率是一个基本特性,它控制着行星内部的冷却速率和热演化,因此,它们的当今结构和内部动力学。然而,在深度行星内部的候选材料的导热率在相关压力温度条件下仍受到限制,即超出MBAR压力范围在几千kelvin处。为了解决这一知识的差距,将在WWUMünster的矿物学研究所实施,用于采用超快泵送光学技术的热导率测量的新实验设施。然而,目前,尚无独特的建立技术,可以在关注的广泛温度(例如从冰冷体的内部230 K到岩石/冰(EXO)行星的披风超过5000 K。因此,将基于时间域热反射(TDTR)和闪光加热技术的两个子系系统组合在德国或国外的任何研究工具中目前尚无的独特仪器中。在接下来的几十年中,新工具将在领先工作组的研究活动中成为中心,并将促进地球科学和物质科学之间边界的跨学科合作。该仪器旨在提供有关热性能的基本新数据。在各种相关化合物中,包括地幔硅和氧化物,铁合金,融化和行星冰材料,以进一步限制行星岩心的热导率,核心 - 甲壳体 - 核心 - 固定体的热通量或行星冰的体温演化,以及其他应用。此外,根据主机机构的材料科学组,可以预见到各种高级和功能材料中的热通量的应用。

项目成果

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