Interfacial forces in calcite-fluid systems

Målet for dette prosjektet har vært å måle kreftene som virker mellom kalsittoverflater, og mellom kalsitt og andre materialer, i væsker. Dette har store implikasjoner for hvordan stein forvitrer og brytes ned og hvordan væsker beveger seg gjennom kalkholdig stein, samt for hvordan vi kan designe nye materialer av kalsiumkarbonat. I prosjektet har vi vist at sterke krefter mellom kalsittoverflater i vann presser dem fra hverandre på nanoskala og fører til redusert materialstyrke. Vi har også funnet at disse kreftene avhenger av den kjemiske sammensetningen av væsken mellom overflatene. Vi har etablert to nye instrumenter på vårt laboratorie, som som vi har brukt til å måle krefter mellom overflater direkte, og vi bruker disse til å måle krefter mellom kalsittoverflater som er fremstilt på ulike måter. Videre fremover kommer vi til å se spesielt på kreftene mellom ru og dynamiske mineraloverflater.

When the distance between two solid surfaces is less than about a hundred nanometers, the physics of the interface become dominated by short- and long-range interfacial forces. These attractive or repulsive forces are important in numerous applications, a nd the present study will focus on their effect on subcritical crack propagation in brittle materials and the development of crystallization pressures in porous media. In particular, the proposed project aims to study the short-and long range interfacial forces that dominate in calcite-fluid-solid interfaces. Calcite is chosen because it is a relatively simple and well characterized material, and has numerous industrial, biological and geological applications. The main objective of the project is to devel op and use experimental methods for measuring force-displacement curves for interfaces of calcite against calcite, mica, silica or polymer, using a range of interfacial fluids. This will be achieved using a combination of atomic force microscopy and surfa ce force apparatus techniques. The results will be applied to the theoretical interpretation of recent experiments on subcritical crack growth in single calcite crystals, and to the development of crystallization pressure when a calcite crystal is growing in confinement inside a porous medium. Both of these processes are controlled by the transport and mechanics of a confined liquid film at the calcite interface.