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Projekt
Konzepte für elektrokalorische Multischicht-Kühlelemente
Antragsteller
Professor Dr.-Ing. Gerald Gerlach
Fachliche Zuordnung
Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
Förderung
Förderung von 2012 bis 2020
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 226684348
Das Konzept der ferroischen Kühlung nutzt feldgesteuerte Entropieänderungen in Festkörpern. Es wird als eine besonders energieeffiziente und umweltfreundliche Kühltechnologie angesehen. Besonders der elektrokalorische (EC) Effekt verspricht das größte Potenzial für zukünftige Anwendungen, da elektrische Energie allgegenwärtig verfügbar ist.Theoretische Untersuchungen in der ersten Förderperiode haben gezeigt, dass der Werkstoff von EC-Kühlern möglichst Relaxor-Verhalten haben sollte, stöchiometrisch aufgebaut und porenfrei sein sollte, um große elektrische Feldstärken applizieren zu können, und dünn sein sollte. Diese Forderungen erfüllen Relaxor-Dünnschichten sehr gut, bei denen die Stöchiometrie gezielt eingestellt werden kann. Deshalb werden in der kommenden Förderperiode die Arbeiten zur Abscheidung umweltfreundlicher bleifreier Materialien mit hoher Spannungsfestigkeit fortgesetzt. BaTiO3-basierte Materialien erfüllen diese Anforderungen. Ganz speziell sollen (Ba,Sc,Ca)(Ti,Zr)O3:Mn and (Ba,Sc,Ca)(Ti,Sn)O3:Mn betrachtet werden, da herausragend große EC-Eigenschaften in einem breiten Temperaturbereich aufweisen. Die Herstellung der Schichtstapel erfolgt mittels Multitarget-Sputtern, da sich so die Zusammensetzung solcher Schichten einfach kontrolliert lässt. Außerdem eignet sich dieses Verfahren für die großflächige Abscheidung auf festen und flexiblen Substraten bis hin zu Rolle-zu-Rolle-Verfahren.Der Antrag der zweiten Förderperiode zielt insbesondere auf die Entwicklung und Optimierung des genannten Materialsystems, auf die Herstellung und Untersuchung von entsprechenden Schichtstapeln mit eingebetteten Elektroden, auf das Konzept mehrschichtig aufgebauter EC-Kühlelemente und den Aufbau eines EC-Demonstrators.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
Mitverantwortlich
Dr. Gunnar Suchaneck
