Erforschung von Effekten innerer polarer Phasen in komplexen Materialien für Hochfrequenz absorbierende Beschichtungen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Henning Heuer
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 419162977

Im Rahmen dieses Projekts wird ein interdisziplinäres Team von ukrainischen und deutschen Wissenschaftlern zusammenarbeiten, um dielektrische Absorptionseffekte basierend auf Materialien mit innerer polarer Phase zu untersuchen, die als zukünftige elektromagnetische Abschirmung für die physische Informationssicherheit und zur Störungsunterdrückung in der elektromagnetischen Kommunikation (z.B. Internet der Dinge) verwendet werden könnte. Der Hauptansatz des Projektes ist die Erforschung von beschichtbaren Kompositmaterialien und Keramiken mit innerer polarer Phase (IPP), auch bekannt als interne Polarität, und Erforschung des Potenzial für die EM-Strahlungsabsorption. Dieser Verlustmechanismus in dielektrischen Materialien wurde von Poplavko Y. und Tatarchuk D (eingebunden als Mercator Fellow) seit 1990 untersucht. Die Haupterkenntnisse sind, dass spezielle dielektrische Materialien unerwartet hohe Verluste zeigen, die mit keiner bekannten Theorie erklärt werden können. Während dieses Projekts wird die Theorie der EM-Absorption durch komplexe Materialien für den EHF, SHF und HF Frequenzbereich erforscht und für verschiedene Frequenzbänder verallgemeinert. Die Arbeitshypothese, um diesen Effekt zu erklären, ist das Vorhandensein einer IPP in speziellen Kristallen und Keramiken (z. B. PZT Keramik, SrBaTiO3). Der Hauptvorteil von IPP-Materialien für die Abschirmung besteht in der Abwesenheit von Energiereflexion, wie sie bei metallischen Abschirmungen auftritt. Der zweite Bereich des Projekts ist die technologische Forschung zur Herstellung von Beschichtungen mit homogenen Absorptionseigenschaften auf technischen Oberflächen von 1 bis 1000 cm2. Zur Untersuchung der Absorptionseigenschaften wird ein HFEC-Spektroskopie-System (High Frequency Eddy Current) zur Charakterisierung von IPP-Materialien adaptiert und entwickelt. Die im Rahmen des Projekts entwickelten Materialien können zur Abschirmung von Geräten und zur Trennung von elektronischen Bauteilen gegen den Einfluss von HF EM-Feldern z.B. in der Informationssicherheit, Banksicherheit (NFC-Chipkarten) und für die Umwelt- und Gesundheitssicherheit eingesetzt werden. In diesem Projekt wird Tatarchuk´s Gruppe in Kiew sich als Mercator-Fellow auf die theoretische Erforschung von Materialien der inneren polaren Phase konzentrieren und die mathematische Modellierung neuer Materialzusammensetzungen durchführen. Heuers Gruppe an der TU Dresden konzentriert sich auf die Forschung im Bereich der Elektroniktechnologie, insbesondere auf die Material- und experimentelle Validierung. Auf dem Gebiet der HFEC-Spektroskopie hat Heuer eine Reihe von zerstörungsfreien Materialprüfgeräten entwickelt und patentiert, die auf der Physik des HFEC basieren und im Frequenzbereich von 100 kHz bis 100 MHz arbeiten. Diese Geräte werden angepasst und ein physikalisches Modell und ein Algorithmus für die IPP-Materialcharakterisierung und die Vorhersage des SHF-Verhaltens entwickelt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen