Stabilität und Morphologie von Fest-fest-Phasengrenzen im chemischen und elektrischen Potentialgradienten

Die spontane Bildung von Mustern aus einer strukturlosen Umgebung in Nichtgleichgewichtssystemen gehört zu den faszinierendsten Phänomenen in der Natur und zu den herausfordernsten wissenschaftlichen Problemen. Das eindrucksvollste Beispiel von Selbstorganisation ist die Natur selbst, aber auch in der unbelebten Natur lassen sich eine Vielzahl von Beispielen finden. Hierzu zählen die Belousov-Zhabotinsky-Reaktion, die Bildung von Dendriten während der Kristallzucht, die Bénard-Instabilität oder fraktale Strukturen bei der Elektrodeposition von Metallen. All diesen Beispielen ist gemein, daß in ihnen ein Übergang von einem stabilen in einen raum- und/oder zeitabhängigen Zustand stattfinden kann - z. B. der Übergang einer stationären, stabilen Phasengrenze in eine morphologisch instabile -, wenn äußere Kontrollparameter variiert werden. Während morphologische Instabilitäten an Fest/flüssig- (Mullins-Sekerka-Instabilität) und Flüssig/flüssig-Phasengrenzen (Saffman-Taylor-Instabilität) in einer Vielzahl von Arbeiten untersucht worden sind, gibt es nur wenige Untersuchungen an der Fest/fest-Phasengrenze. Heiko Teuber zeigt am Beispiel des ionenleitenden Systems AgCl/CuCl im elektrischen und chemischen Potentialgradienten, daß auch die fest/fest Phasengrenze unter geeigneten Bedingungen zur morphologischen Instabilität neigt. Sie bildet dabei fingerartige Strukturen im Mikrometermaßstab aus, die von ihrer Form her stark den aus Saffman-Taylor-Experimenten bekannten Morphologien ähneln. Die in dieser Arbeit vorgestellten experimentellen Ergebnisse zeigen diese Morphologien sowohl in zweidimensionalen Schnitten als auch erstmals in dreidimensionaler Aufsicht auf die instabile Phasengrenze. Im Rahmen einer linearen Stabilitätsanalyse wird für die fest/fest Phasengrenze ein Stabilitätsdiagramm abgeleitet, und die erhaltenen Morphologien werden mit früheren Arbeiten, insbesondere Monte-Carlo-Simulationen, verglichen.