Steuerung und Einfluss von Kern-Schale-Strukturen in (Na1/2Bi1/2)TiO3-basierten Materialien

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Karsten Albe; Professorin Dr. Anke Weidenkaff, seit 1/2024; Professorin Dr.-Ing. Bai-Xiang Xu
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 471260201

Die Optimierung von Elektrokeramiken gelingt meistens durch Dotierung mit Fremdionen, um beispielsweise die elektrische Leitfähigkeit, magnetische Eigenschaften und ferroelektrische Eigenschaften zu modifizieren. Oft stoßen wir in der Forschung allerdings an die Grenzen dieser Strategie. Kompositmaterialien erweisen sich oft als weitere Möglichkeit, Materialien mit neuen oder verbesserten Eigenschaften zu erstellen. Für Keramiken, die in der Regel bei hohen Temperaturen verdichten werden müssen, ist das allerdings sehr kompliziert. Materialien auf Basis von (Na1/2Bi1/2)TiO3 können interessanter Weise Kern-Schale-Komposite allein durch reguläre Festkörpersynthese bilden. Die Entstehung der Komposite korreliert mit der drastischen Veränderung der ferroelektrischen Eigenschaften. Das Material verhält sich eher wie ein Anti-Ferroelektrikum. Eine solche Keramik hätte bei der Nutzung als Kondensatormaterial für die Speicherung von hoher elektrischer Energie bei gleichzeitiger hohen Leistungsdichte enorme Vorteile. Im Bereich der Nutzung elektrischer Energie gibt es die Herausforderung, die neuen Anforderungen bezüglich effizienter Energieübertragung zu erfüllen. Gerade Energie aus erneuerbaren Quellen kann hohen Schwankungen ausgesetzt sein und dadurch ist es schwierig die Gesamtenergie zur Nutzung bereitzustellen. Eine wichtige Komponente zur Erreichung des Ziels sind effiziente Hochleistungs- und Hochenergiekondensatoren. Deshalb könnten besonders Kondensatoren auf Basis der genannten Elektrokeramiken hier eine Lösung sein. Wie das Material allerdings modifiziert werden muss, um die gewünschten Eigenschaften zu erhalten ist allerdings noch völlig unklar. Es ist zwar bekannt, dass Variationen der Defektchemie zu starken Veränderungen führen, aber von einer Kontrolle der Eigenschaften lässt sich nicht sprechen. Deshalb ist eine Untersuchung der Defektchemie und des Ursprungs des elektrischen Verhaltens von großer Wichtigkeit. Das wollen wir mit dem vorliegenden Projekt angehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Dr. Till Frömling, bis 12/2023