Kristallphysikalische Eigenschaften von piezoelektrischen Oxyde

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Eiken Haussühl
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 515433951

Auf dem Gebiet der funktionalen Materialien wurden in der Vergangenheit immer wieder piezoelektrische, ferroelektrische und multiferroische Systeme wegen ihrer Anwendungsmöglichkeiten, z.B. als Sensoren, elektronische Speicher oder Ultraschallwandler, näher untersucht. Zu dieser Gruppe von Kristallen gehören unter anderem oxydische Verbindungen, die als Piezoelektrika oder Ferroelektrika kristallisieren. Bisher wurden an oxydischen Piezoelektrika oder ferroelektrischen Oxyden in einigen Fällen elastische Eigenschaften auch temperaturabhängig untersucht, jedoch meistens keine weitergehenden Untersuchungen durchgeführt. Das betrifft im Speziellen die temperaturabhängigen akustischen Dämpfungsphänomene. Die Änderungen der mechanischen Eigenschaften lassen sich besonders empfindlich über die Temperaturabhängigkeit des Elastizitätstensors, d.h. der thermoelastischen Koeffizienten, und so mit Hilfe von Ultraschalltechniken messen. Auch die piezoelektrischen Eigenschaften lassen sich mit Hilfe von Ultraschalltechniken insbesondere durch die resonante Ultraschallspektroskopie (RUS) ableiten, da die elektromechanische Kopplung eng mit ihren elastischen Eigenschaften verknüpft ist.Ziel des Projekts ist es, die elastischen und piezoelektrischen Eigenschaften von ausgesuchten oxydischen Kristallen (Sillenite, Gehlenit, Fresnoit, gamma-LiAlO2, LiGaO2) mit Hilfe des RUS-Verfahrens in Abhängigkeit der Temperatur zu untersuchen, um die Grundzüge des elastischen und thermoelastischen Verhaltens dieser Gruppe in einem großen Temperaturbereich zu erfassen. Des Weiteren soll das Verständnis von temperaturabhängigen akustischen Dämpfungsphänomenen und der Korrelation von Kristallstruktur und thermoelastischen Eigenschaften vertieft werden. Die Resultate sollen unter anderem Aufschluss geben, (1) in wieweit bei den hier untersuchten Oxyden wie z.B. im Gehlenit oder Fresnoit zusätzlich zu den Silleniten temperaturabhängige akustische Dämpfungen auftreten, (2) ob bei den Silleniten eine signifikante strukturelle Änderung im Hochtemperaturbereich der auftretenden Ultraschalldämpfung einsetzt und (3) wie sich die Sillenite oberhalb der Temperaturgrenze zur Ultraschalldämpfung hinsichtlich der temperaturabhängigen elastischen Tensorkomponenten und des piezoelektrischen Effektes bis zum Schmelzpunkt verhalten. Ein weiterer Aspekt beschäftigt sich mit der Korrelation temperaturabhängiger steigender Lithiumdiffusion von gamma-LiAlO2 und LiGaO2 (RT bis zum Schmelzpunkt) und den elastischen und piezoelektrischen Eigenschaften und einer möglichen auftretenden Ultraschalldämpfung. Um die möglichen Gründe für eine häufig auftretende Abnahme des piezoelektrischen Effektes aufzuklären, sollen Hochtemperaturleitfähigkeits- und HT-DK- Messungen zusammen mit Hochtemperaturstrukturbestimmungen und temperaturabhängigen Pulver-SHG Messungen an einem Teil dieser Verbindungen durchgeführt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen