Elektromechanische Eigenschaften
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Seltenerdcalciumoxoborate der Zusammensetzung RCa4O(BO3)3 gelten wegen ihres hohen Schmelzpunktes in Kombination mit hohem elektromechanischem Gütefaktor, hohem elektrischen Widerstand und dem Fehlen struktureller Phasenumwandlungen als aussichtsreiche Kandidaten für piezoelektrische Anwendungen bei hohen Temperaturen. Im Rahmen dieses Projektes wurde basierend auf der Substitutionsmethode und der Ultraschallresonanzspektroskopie zunächst ein Verfahren entwickelt, um die dielektrischen, piezoelektrischen und elastischen Eigenschaften monokliner Kristallarten mit hoher Konsistenz ermitteln zu können. Mit dessen Hilfe konnten die elektromechanischen Eigenschaften von Einkristallen mit R = Er, Y, Dy, Gd, Sm, Nd, La im Temperaturbereich von 100 K bis 1500 K erfolgreich untersucht werden. Die entsprechend der monoklinen Symmetrie anisotropen Eigenschaften variieren systematisch mit der Größe des Seltenerdkations, so dass eine gezielte Einstellung der elektromechanischen Eigenschaften innerhalb gewisser Grenzen durch Austausch des Seltenerdelements möglich erscheint. Oberhalb ca. 900 K lassen sich reproduzierbare Anomalien in den untersuchten Eigenschaften beobachten, welche mit Ordnungs-/Unordnungsprozessen von Ca2+ und R3+ Ionen im Kristallgitter in Zusammenhang stehen. Die günstigen elektromechanischen Eigenschaften der Seltenerdcalciumoxoborate werden durch die Kationfehlordnung kaum beeinflusst. Allerdings treten bei noch höheren Temperaturen anelastische Relaxationeffekte auf, die sich in starker Ultraschalldämpfung äußern.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Structure-property relations and structural instabilities in high-temperature piezoelectric materials of the oxoborate family RX2Z2O(BO3)3. GeoBremen, Joint Meeting of DGGV and DMG, Bremen, 2017
Münchhalfen, M., Schreuer, J., Reuther, C., Götze, J.
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Ordering phenomena and structure-property relations in rare-earth oxoborates. 26 th Annual Meeting of the German Crystallographic Society (DGK), Duisburg & Essen, 2018
Münchhalfen, M., Schreuer, J., Reuther, C., Götze, J.
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Order/disorder orocesses and electromechanical properties of monoclinic GdCa4O(BO3)3. Z. Kristallogr. - Crystalline Materials 234 (2019) 707-723
Münchhalfen, M., Schreuer, J., Reuther, C., Möckel, R., Götze, J., Mehner, E., Stöcker, H., Meyer, D.
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Structural control of thermomechanical properties of monoclinic rare earth calcium oxoborates. 32nd European Crystallographic Meeting (ECM), Vienna, 2019
Münchhalfen, M., Schreuer, J., Reuther, C., Mehner, E., Stöcker, H.
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Structural control of thermomechanical properties of piezoelectric rare-earth calcium oxoborates. Joint Polish-German Crystallographic Meeting, Wroclaw, 2020
Münchhalfen, M., Schreuer, J., Reuther, C., Mehner, E., Stöcker, H.
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Elastic, piezoelectric, and dielectric properties of rare-earth calcium oxoborates RCa4O(BO3)3 (R = Er, Y, Dy, Gd, Sm, Nd, La). J. Appl. Phys. 130 (2021) 095102
Münchhalfen, M., Schreuer, J., Reuther, C., Mehner, E., Stöcker, H.
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Structure-property relations and disorder phenomena in monoclinic high-temperature piezoelectric oxoborates RX2Z2O(BO3)3 (X, Z = Ca, R = La, Nd, Sm, Gd, Dy, Y, Er). Dissertation, Ruhr-Universität Bochum, 2021
Münchhalfen, M.
