Skalenübergreifendes computergestütztes Design von multifunktionalen ferroelektrischen Kompositen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Anna Grünebohm
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 412303109

Im letzten Jahrzehnt haben sich ferroelektrische Perovskite als vielversprechende Materialien für nachhaltige Energietechnologien aufgetan. In diesen Materialien führt die große Kopplung zwischen der Polarisation, der Temperatur, mechanischer Spannungen und externer elektrischer Felder zu außergewöhnlichen funktionalen Eigenschaften. Die resultierenden funktionalen Antworten können genutzt werden, um mechanische Energie oder Temperaturfluktuationen in elektrische Energie zu konvertieren, sowie für effiziente Kühltechnologien oder die Kurzzeitspeicherung von elektrischer Energie.Alle diese Anwendungen benötigen große und reversible Änderungen in einem breiten und passenden Temperaturbereich, große Leistungsgrößen und kleine Verluste. Allerdings sind große funktionale Antworten oft auf einen kleinen Parameterbereich beschränkt. Zusätzlich verhindern Hysterese und induzierte Änderungen der Domänen- und Defektstrukturen effiziente Anwendungen. Zudem werden dringend neue Materialsysteme aus nachhaltigen und verfügbaren Materialen benötigt, da die meisten Hochleistungsmaterialien auf giftigem Blei basieren.In diesem Zusammenhang wird meine Gruppe das Feld des kontrollierten skalenübergreifenden Designs von bleifreien Kompositen mit ausgezeichneten funktionalen Eigenschaften eröffnen.Unser Ziel ist die gleichzeitige Optimierung von mehreren funktionalen Eigenschaften mit großen Nutzen für die Energietechnologie. Unsere Methoden sind skalenübergreifende Simulationen mit großer Vorhersagekraft, die auf ab-initio Rechnungen basieren. Diese Methoden ermöglichen uns das Materialdesign und geben uns einen Zugang zu den fundamentalen Eigenschaften der Materialien und ihrer funktionalen Eigenschaften.Unsere Ansatz ist die skalenübergreifende Optimierung von Kompositen.Wir werden die technologischen Anforderung mit der Kombination von (I) Materialauswahl, (II) kontrollierten Inhomogenitäten, (III) Grenzflächen und (IV) Kompositmorphologien angehen.Unser Alleinstellungsmerkmal ist die Berücksichtigung der nanoskaligen Domänenstruktur für alle diese Materialmodifkationen.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen