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Projekt
Korrelation von Struktur und Energielandschaft mobiler Ionen in Perowskit Oxid Grenzflächen
Antragsteller
Professor Dr. Christian Jooss
Fachliche Zuordnung
Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
Förderung
Förderung seit 2021
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 428906592
Die Entwicklung eines grundlegenden Verständnisses, wie die Kristallstruktur, Punktdefekte und ausgedehnte Defekte die Energielandschaft für die Ionenmigration beeinflussen, ist für viele Anwendungen von Perowskitoxiden von großer Bedeutung. Dabei ist der Zusammenhang zwischen der atomaren Struktur von Korngrenzen, ihrer Raumladungszonen, den Gitterplatzenergien der Ionen und den Migrationsenergien, sowie die konzentrationsabhängigen Veränderungen bis heute nicht in die Tiefe verstanden. In diesem Teilprojekt der geplanten Forschungsgruppe soll daher in Bikristallen mit ausgewählten Kippkorngrenzen die anisotrope Diffusion in und senkrecht zur Korngrenze sowie im Volumen mittels hochauflösender analytischer Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) untersucht werden. Als Modellsystem wird zunächst die Alkalionendiffusion im kubischen Perowskit SrTiO3 mit wohldefinierten Klein- und Großwinkelkorngrenzen verschiedenen Kippwinkels untersucht. Die Untersuchungen werden im fortschreitenden Projekt auf die für Festoxid-Brennstoffzellen relevanten Manganat Perowskite erweitert, die als epitaktische Dünnschichten auf ein bzw. bikristallinen Substraten abgeschieden werden. Die atomare und chemische Struktur der Korngrenzen wird mittels hochauflösender Transmissions- und Raster-Transmissionselektronenmikroskopie in Verbindung mit ortsaufgelösten spektroskopischen Techniken (EDX, EELS) untersucht. Diese erlauben auch die Bestimmung von lokalen Diffusionsprofilen und ihren Vergleich mit den Ergebnissen aus der Sekundärionenmassenspektroskopie (SIMS, AG Weitzel, P1) sowie der 3D Konzentrationsverteilungen aus der tomographischen Atomsonde (APT, AG Volkert, P3). Ein weiteres zentrales Ziel ist die Bestimmung der elektrischen Potentiale sowie der Raumladungszonen der Korngrenzen mittels Off-Axis Elektronenholographie. Spektroskopie und Methoden der diffusen Elektronenstreuung dienen zur Detektion des Einflusses von Punktdefekten im Volumen und in der Umgebung von Korngrenzen. Die Ergebnisse zur atomaren, chemischen und elektrischen Struktur der Korngrenzen sind zentral für die theoretische Bestimmung der Platzenergien (Ab initio Methoden, AG Jacob, P6) sowie für die Bestimmung der Energielandschaft aus Diffusionsexperimenten. Das vorgeschlagene Projekt kann daher im Forschungsverbund mit einer Kombination fortgeschrittener TEM Methoden einen zentralen Beitrag zum Verständnis der Landschaft der Gitterplatzenergien, deren Veränderung bei Besetzung und des Einflusses lokalen elektrischen Potentiale leisten.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
