Pyro- and dielectric properties as well as modelling
Final Report Abstract
Aufbauend auf der erfolgreichen Züchtung von Einkristallen zahlreicher Mitglieder der RCOB-Familie im Teilprojekt A des Paketantrags, konnten im vorliegenden Teilprojekt B dielektrische Tensoren für sieben Vertreter bei Raumtemperatur bestimmt werden. Bei diesen Messungen wurde auf eine möglichst hohe Messgenauigkeit geachtet, um eine konsistente Datengrundlage für Teilprojekt C zu liefern. Die erzielten Ergebnisse gehen qualitativ und quantitativ (bezüglich der Anzahl untersuchter RCOB-Vertreter) über bisherige Literaturwerte hinaus. Für alle sieben Vertreter (R = Er, Y, Dy, Gd, Sm, Nd, La) wurden weiterhin richtungsabhängige Hochtemperaturmessungen durchgeführt. Die eingehende Verifikation und Optimierung des Messaufbaus garantierten auch hier konsistente Ergebnisse für die dielektrischen Tensoren bis zu einer Temperatur von 1100 °C, die in dieser Art noch nicht in der Literatur vorlagen. Begleitend wurde die Temperaturabhängigkeit der spezifischen Widerstände ermittelt, die einen starken Abfall mit der Temperatur oberhalb von ca. 800 °C aufweist. Die Übergangstemperatur zum Bereich stark ansteigender elektrischer Leitfähigkeit konnte mit eigenen temperaturabhängigen Messungen der Gitterparameter in Beziehung gesetzt werden. Die für RCOB-Materialien beobachtete Anomalie in der thermischen Ausdehnung konnte damit anhand zweier weiterer Messmethoden nachgewiesen werden. Methodische Entwicklungen zur dielektrischen Charakterisierung mit einer erweiterten Immersionsmethode und zur Bestimmung pyroelektrischer Koeffizienten bis zu Temperaturen von 1100 °C konnten im gegebenen Zeitrahmen signifikant vorangetrieben werden und sind Gegenstand laufender Arbeiten. Für einen Einsatz der RCOB-Materialien als Hochtemperatur-Sensoren erscheint insbesondere die Stabilität der Metallelektroden herausfordernd. Die Bildung kristalliner Ausscheidungen führt zu starken Verwerfungen auf der Oberfläche (mehrere µm), sodass die Elektroden mit zunehmender Haltezeit bei hohen Temperaturen degradieren. Hingegen bringt die angesprochene Anomalie bei ca. 800 °C in den dielektrischen Materialparametern vergleichsweise geringe Änderungen mit sich. Ob ein Zusammenhang der Anomalie mit der Bildung der Ausscheidungen vorliegt, sollte Gegenstand weiterer Untersuchungen sein.
Publications
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(2018): Dielectric, Pyroelectric and Structural Properteis of Rare-Earth Calcium Oxoborates RCa4O(BO3)3, IFAAP Joint Conference Hiroshima
E. Mehner, H. Stöcker, M. Münchhalfen, C. Reuther, J. Götze, J. Schreuer, D. C. Meyer
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(2019): Order/disorder processes and electromechanical properties of monoclinic GdCa4O(BO3)3, Zeitschrift für Kristallographie 234, 707–723
M. Münchhalfen, J. Schreuer, C. Reuther, R. Möckel, J. Götze, E. Mehner, H. Stöcker, D. C. Meyer
