Elektrokalorische Effekte in PMN-PT-Einkristallen (PMNPT-Elektrokalorik)
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In dem hier berichteten Projekt wurden die elektrokalorischen Eigenschaften von Relaxor-Ferroelektrika auf der Basis des Mischkristalls Bleimagnesiumniobat-Bleititanat (PMN-PT) untersucht und hinsichtlich ihres technologischen Potentials als ferroelektrische Prozessorkühler evaluiert. Aufgrund der hervorragenden pyroelektrischen Eigenschaften der Verbindungsklasse konnten maximale elektrokalorische Temperaturänderungen von ΔTmax = 1.6 – 2.3 K bei Temperaturen von TEC = 100 – 170 °C gemessen werden. Der EC-Effekt ist orientierungs-, zusammensetzungs- und strukturabhängig. Die aus indirekten Messungen über die Auswertung der Maxwell Beziehung und die aus direkten elektrokalorischen Messungen erhaltenen Werte sind in guter Übereinstimmung. Für technologische Anwendungen wünschenswert ist ein sich über einen weiten Temperaturbereich erstreckender ECE-Peak. Diese Voraussetzung ist für [111]-orientiertes PMN-PT erfüllt. Einschränkend muss jedoch gesagt werden, dass in [111]-orientiertem PMN-PT schon nach wenigen Zyklen eine signifikante Polarisationsermüdung auftritt, die auf ein Nicht-Schalten bestimmter Domänen bzw. einen strukturell bedingten Phasenwechsel zurückzuführen ist. Insgesamt betrachtet sind die erhaltenen Ergebnisse vielversprechend, das Problem der Polarisationsermüdung ist durch eine Änderung der chemischen Zusammensetzung, durch Dotierung oder Wahl einer anderen Orientierung zu umgehen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Orientation and phase transition dependence of the electrocaloric effect in 0.71PbMg1/3Nb2/3O3-0.29PbTiO3 single crystal. Appl. Phys. Lett. 101, 062907 (2012)
L. Luo, M. Dietze, C.-H. Solterbeck, M. Es-Souni, H. Luo
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Single domain vs. polydomain [111] 0.72Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.28PbTiO3 single crystal. Polarization switching, dielectric and pyroelectric properties. Appl. Phys. Lett. 100, 242905 (2012)
M. Dietze, H. Katzke, M. Es-Souni, N. Neumann, H.-S. Luo
