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2024-11-23T09:38:48Z

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[[Datei:DAC-Text.jpg|miniatur|Schema der Diamantstempelzelle. Die beiden Brillanten haben eine Größe von nur wenigen Millimetern]]
Eine '''Diamantstempelzelle''' ({{EnS|diamond anvil cell (DAC)}}), auch '''Diamant-Stempel-Presse''' ist ein Gerät zur Komprimierung kleiner Materialproben bei sehr großem [[Druck (Physik)|Druck]]. Es wird in [[Experimentalphysik|wissenschaftlichen Experimenten]] eingesetzt. Die Drücke, die erreicht werden, liegen im [[Pascal (Einheit)|Gigapascal]] (GPa)-Bereich, was dem 10.000-fachen Druck der [[Erdatmosphäre]] entspricht. Bei diesen Drücken wird zum Beispiel [[Graphit]] in [[Diamant]] umgewandelt sowie [[Mineral]]ien mit [[Kristallstruktur]]en geschaffen, die auf der Erdoberfläche nicht vorkommen.

== Aufbau ==
Eine Diamantstempelzelle besteht aus zwei gegenüberliegenden geschliffenen Diamanten ([[Brillant]]en), zwischen deren Kaletten (Spitzen) sich die Materialprobe befindet. Der Druck wird durch Zusammenpressen des [[Dichtung (Technik)|abgedichteten]] Probensets mit Hilfe [[Hydraulik|hydraulischer Apparate]] erreicht, wobei als Übertragungsmedium zwischen den Diamanten [[Argon]], [[ Xenon]], [[Wasserstoff]], [[Helium]], [[Paraffinöl]] oder ein Gemisch aus [[Methanol]] und [[Ethanol]] verwendet werden.

== Betrieb ==
[[Datei:First diamond anvil cell.jpg|mini|Äußere Geräteansicht]]
Die Größe des erreichten Druckes bei der Materialprobe wird ermittelt aus dem Vergleich mit einem Referenzmaterial, dessen Verhalten unter Druck bekannt ist.

Die Probe beziehungsweise deren Verhalten kann durch die Diamanten hindurch beobachtet und gemessen werden, wobei [[Röntgenstrahlung]], sichtbares Licht und andere elektromagnetische Wellen zur Anwendung kommen.

Das Anbringen von [[Elektrode]]n an dem Probenmaterial erlaubt Messungen sowie ein Aufheizen der Probe bis auf einige tausend Grad Celsius. Temperaturen bis zu 7000 Grad Celsius in der Probe werden mit Laser-induzierter Erwärmung erreicht.

== Anwendungsgebiete ==

=== Geowissenschaft ===
Diamantstempelzellen werden von Geochemikern und Geophysikern innerhalb der [[Mineralogie]] als Teil der Geomaterialforschung für [[Laborexperiment]]e eingesetzt. Diese Experimente sollen die Frage beantworten, welche Stoffe sich unter den extrem hohen Druck- und Temperaturbedingungen bilden, die im Erdinnern herrschen und welche physikalischen und chemischen Eigenschaften sie haben. Spezielle Hochleistungsdiamantstempelzellen, bei denen höchste Drücke auf eine Fläche konzentriert werden, die unter einem Quadratmillimeter liegt, liefern in der Druckzelle bis zu einigen Millionen Atmosphären und mittels Laserheizung Temperaturen von einigen tausend Grad Celsius. Da die Proben mit dem bloßen Auge nicht mehr zu erkennen sind, werden mikroskopische Techniken, [[Röntgenspektroskopie]] und [[Laserspektroskopie]] zur Analyse der Ergebnisse eingesetzt. Dabei reicht das Interesse von der Untersuchung [[Metamorphes Gestein|metamorpher Gesteinsbildung]] bis zur grundlegenden Frage, wie sich das ursprüngliche [[Magma]] der Erde durch Absinken der schwereren Metallschmelze aus der weniger dichten silikatischen Umgebung in einen metallischen Kern und eine flüssige, viskose Silikatschmelze aufgetrennt hat. Interesse besteht dabei auch an der Elementverteilung zwischen Silikat- und Metallschmelzen, ihrer Viskosität und an dem Wärmetransport in Mineralien und Schmelzen. Diese Fragestellungen sind für das Verständnis der Erddynamik von elementarer Bedeutung.

=== Computerphysik ===
Experimente mit Diamantstempelzellen werden auch eingesetzt, um Ab-Initio-Molekulardynamik-Simulationen zu überprüfen.<ref name=":0">Sandro Jahn: ''Fingerabdrücke aus der Tiefe.'' In: [[Forschung - Das Magazin der Deutschen Forschungsgemeinschaft]] vom 4. Oktober 2013, S. 24–27, {{doi|10.1002/fors.201390047}}</ref>

== Literatur ==
* {{Literatur |Autor=Gasper J. Piermarini |Titel=Diamond Anvil Cell Techniques |Hrsg=Suhithi M. Peiris, Gasper J. Piermarini |Sammelwerk=Static Compression of Energetic Materials |Verlag=Springer Berlin Heidelberg |Ort=Berlin, Heidelberg |Datum=2008 |Sprache=en |ISBN=978-3-540-68146-5 |DOI=10.1007/978-3-540-68151-9_1 |Seiten=1–74}}
* {{Literatur |Autor=A. Jayaraman |Titel=Diamond anvil cell and high-pressure physical investigations |Sammelwerk=Reviews of Modern Physics |Band=55 |Nummer=1 |Datum=1983-01-01 |Sprache=en |DOI=10.1103/RevModPhys.55.65 |Seiten=65–108}}
* {{Literatur |Autor=A. Jayaraman |Titel=Ultrahigh pressures |Sammelwerk=Review of Scientific Instruments |Band=57 |Nummer=6 |Datum=1986-06-01 |Sprache=en |DOI=10.1063/1.1138654 |Seiten=1013–1031}}
* [https://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/sp958-lide/100-103.pdf The Diamond Anvil Pressure Cell], Übersichtsartikel vom [[National Institute of Standards and Technology]] (NIST)

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Presse nach Konstruktion]]
[[Kategorie:Werkstoffprüfung]]

Diamantstempelzelle - Versionsgeschichte

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