Molekulardynamiksimulationen zur Untersuchung des Mischalkali-Effektes in silikatischen Gläsern

In der vorliegenden Arbeit wird mittels Molekulardynamik(MD)-Computersimulationen die Dynamik von verschiedenen Alkalisilikaten in der Schmelze und im Glas untersucht. Es ist bekannt, daß diese Systeme ionenleitend sind, was auf eine hohe Mobilität der Alkaliionen im Vergleich zu den glasbildenden Komponenten Si und O zurückzuführen ist. Im Mittelpunkt des Interesses steht der sog. Mischalkalieffekt (MAE), der in ternären Mischungen aus Siliziumdioxid mit zwei Alkalioxiden auftritt. Gegenüber Mischungen mit nur einer Alkaliionensorte weisen letztere Systeme eine signifikante Verlangsamung der Alkaliionendiffusion auf. Zunächst werden zwei binäre Alkalisilikate simuliert, nämlich Lithiumdisilikat (LS2) und Kaliumdisilikat (KS2). Die Simulationen zeigen, daß der Ursprung der hohen Mobilität der Alkaliionen in der Struktur begründet ist. KS2 und LS2 weisen auf intermediären Längenskalen Ordnung auf, die in partiellen statischen Strukturfaktoren durch Prepeaks reflektiert ist. Die den Prepeaks zugrundeliegende Struktur erklärt sich durch perkolierende Netzwerke aus alkalioxidreichen Kanälen, die als Diffusionskanäle für die mobilen Alkaliionen fungieren. In diesen Kanälen bewegen sich die Ionen mittels Sprüngen (Hopping) zwischen ausgezeichneten Plätzen. In der Simulation beobachtet man für die hohen Temperaturen (4000K>=1500K) eine ähnliche Aktivierungsenergie wie im Experiment. Im Experiment findet allerdings unterhalb von ca.1200K ein Crossover in ein Arrheniusverhalten mit höherer Aktivierungsenergie statt, welches von der Simulation nicht nachvollzogen wird. Das kann mit der in der Simulation nicht im Gleichgewicht befindlichen Si-O-Matrix erklärt werden, bei der Alterungseffekte beobachtet werden. Am stärksten ist der MAE für eine Alkalikomponente, wenn deren Konzentrationsanteil in einem ternären Mischalkalisystem gegen 0 geht. Daher wird ein LS2-System untersucht, in dem ein Li-Ion gegen ein K-Ion getauscht wird. Der Einfluß des K-Ions ist sowohl lokal in den charakteristischen Abständen zu den ersten nächsten Nachbarn (NN) zu sehen, als auch in der ortsaufgelösten Koordinationszahlverteilung bis zu Längenskalen von ca. 8,5 Angstrom. Die Untersuchung der Dynamik des eingesetzten K-Ions zeigt, daß die Sprungwahrscheinlichkeit nicht mit der Lokalisierung, einem Maß für die Bewegung eines Teilchens um seine Ruheposition, korreliert ist, aber daß eine chemische Umgebung mit wenig Li- und vielen O-NN oder vielen Li- und wenig O-NN ein Sprungereignis begünstigt. Zuletzt wird ein ternäres Alkalisilikat (LKS2) untersucht, dessen Struktur alle charakteristischen Längenskalen von LS2 und KS2 aufweist. Es stellt sich also eine komplexe Struktur mit zwei perkolierenden Subnetzwerken für Alkaliionen ein. Die Untersuchung der Dynamik zeigt eine geringe Wahrscheinlichkeit dafür auf, daß Ionen in ein Subnetzwerk andersnamiger Ionen springen. Auch kann gezeigt werden, daß das Modellpotential den MAE reproduzieren kann, daß also die Diffusionskonstanten in LKS2 bei bis zu einer Größenordnung langsamer sind als in KS2 bzw. LS2. Der beobachtete Effekt stellt sich zudem vom funktionalen Verlauf her so dar, wie er beim MAE erwartet wird. Es wurde auch festgestellt, daß trotz der zeitlichen Verzögerung in den dynamischen Größen die Anzahl der Sprünge pro Zeit nicht geringer ist und daß für niedrige Temperaturen (d.h.im Glas) Sprünge auf den Nachbarplatz mit anschließendem Rücksprung auf die vorherige Position deutlich wahrscheinlicher sind als bei hohen Temperaturen (also in der Schmelze). Die vorliegenden Resultate geben Aufschluß über die Details der Mechanismen mikroskopischer Ionenleitung in binären und ternären Alkalisilikaten sowie dem MAE.

Die Schuldenkrise und die Unterstützung der Europäischen Union

Die Unterstützung der EU durch ihre Bürger ist spätestens seit dem Vertrag von Maastricht Gegenstand einer Vielzahl von Beiträgen in der Einstellungsforschung. Eine zentrale Annahme der bisherigen Forschung war die große Distanz der EU zur Alltagswirklichkeit der Bürger. Nach dieser werden Einstellungen zur EU nur aufwendig oder mit Rückgriff auf Einstellungen zum Nationalstaat gebildet. Mit der Euro-Schuldenkrise, deren wirtschaftlichen Auswirkungen für die Bürger und einer Vielzahl von EU-Krisengipfeln erfuhr die europäische Politik seit 2010 eine enorme Aufmerksamkeit in der Öffentlichkeit. In dieser Arbeit wird die Entwicklung der EU-Unterstützung vergleichend in Deutschland und Griechenland vor und während der Schuldenkrise untersucht: 1) Zunächst wird diskutiert, inwieweit die Schuldenkrise mit den etablierten Determinanten der Unterstützungsforschung theoretisch zusammenhängt. Im Mittelpunkt stehen wirtschaftliche und demokratische Performanz, europäische und nationale Identität sowie Heuristiken zum Nationalstaat. 2) Der Fokus auf Deutschland und Griechenland ermöglicht einen Vergleich der Determinanten vor und während der Krise, da beide Länder substanziell völlig unterschiedlich, jedoch gleichzeitig betroffen waren. Während die Bürger in Griechenland spürbare Wohlstandsverluste erleiden, stellt sich in Deutschland die Frage nach der Solidarität mit den europäischen Nachbarn. 3) Die empirische Analyse zeigt, dass die etablierten Determinanten in der Schuldenkrise ihre Relevanz behalten. Das individuelle wirtschaftliche Schicksal ist in Griechenland ein stärkerer Einflussfaktor als vor der Krise. Es bestätigt sich die Erwartung, dass die größere Präsenz der EU in der Krise mit einer geringeren Bedeutung der Einstellungen zum Nationalstaat einhergeht.