Piezoelektrische Hochtemperaturmaterialien: Langasit und isomorphe Verbindungen

• Antragsteller: Professor Dr. Leonhard Michael Reindl
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2002 bis 2008
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5348229

Herkömmliche piezoelektrische Materialien wie a-Quarz oder Lithiumniobat sind lediglich bei Temperaturen unterhalb von 450°C einsetzbar. Folglich ergeben sich erhebliche Einschränkungen beim Hochtemperatureinsatz von piezoelektrischen Sensoren und Aktoren. Seit kurzem verfügbare piezoelektrische Materialien wie Langasit (La3Ga5SiO14) und isomorphe Verbindungen zeigen bis zum Schmelzpunkt von ca. 1470°C keine Phasenumwandlungen und ermöglichen demzufolge neue Anwendungen als Nanowaage zur In-situ-Schichtdickenbestimmung bei CVD-Prozessen bzw. zur Thermogravimetrie an dünnen Schichten und als Gassensor. Gegenwärtig sind keine detaillierten Informationen zur Stabilität von Langasit bei hohen Temperaturen und verschiedenen Atmosphären verfügbar. Ziel des Forschungsvorhabens ist daher die Aufklärung und Modellierung der atomaren Transportmechanismen in Langasit. Auf der Grundlage von Leitfähigkeitsmessungen als Funktion von der Temperatur und vom Sauerstoffpartialdruck sollen die Einsatzgrenzen aufgezeigt und Verbesserungen der wesentlichen Hochtemperatureigenschaften wie einer geringen Dämpfung und einer umgebungsunabhängigen Resonatormasse durch geeignete Dotierungen und/oder den Einsatz von isomorphen Verbindungen (z.B. La3,Ga5,5Nb0,5O14) erzielt werden. Ein weiterer Schwerpunkt des Forschungsvorhabens ist die Bestimmung der akustischen Eigenschaften der Resonatormaterialien bei hohen Temperaturen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen