Phasenübergangsinduziertes thermochromes Verhalten von Schafarzikiten

• Antragsteller: Professor Dr. Thorsten Michael Gesing
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 514924554

Ein thermochromes Material kann als hervorragender optischer Indikator oder Absorber bei einer bestimmten Temperatur verwendet werden. So können die thermochromen Phasen in Strukturbauteile integriert werden, was auf ein gewisses Risiko bei temperaturgetriebenem Teil- oder Komplettausfall von Materialien durch Farbwechsel hinweist. Alternativ kann es z.B. in der Weltraumerkundung, abhängig von der relativen Position der Sonne und damit je nach Temperatur, sowohl als wärmereflektierendes als auch als wärmeabsorbierendes Material funktionieren. Dazu ist geplant, Materialien zu untersuchen, die Farbänderungen durchlaufen können, sobald die kritische Temperatur erreicht ist. Thermochromismus kann durch Materialien mit reversiblen displaziven Phasenübergängen realisiert werden transitions wie sie in Schafarzikit-Strukturen gefunden wurden, die zu reversiblen Farbänderungen bei jeweiligen kritischen Temperaturen führen. Darüber hinaus führen irreversible rekonstruktive Phasenübergänge oder -transformationen zu permanenten Farbänderungen. Bei Bedarf könnte beides kombiniert werden. In dieser Hinsicht ist es wichtig zu verstehen, wie der Mechanismus der Farbänderungen von Temperaturgradienten und der Geschwindigkeit der Temperaturänderungen abhängen. Neben der Definition einer Phasenumwandlungstemperatur TC wäre es von Vorteil, wenn ein solches Übergangsverhalten mit nur einem physikalischen Parameter beschrieben werden könnte. Dazu schlagen wir einen einzelnen Parameter vor, der aus einer Übergangsfunktion abgeleitet werden kann, die das thermischen Expansionsverhalten der beiden beteiligten Phasen, beschrieben durch das Debye-Einstein-Anharmonizität (DEA) Model über den Phasenübergang hinweg, zugeordnet ist. Um den Thermochromismus über Phasenübergänge hinweg sowie eine Temperatur von kleiner 200 K bis über 900 K zu realisieren, liegen Mullit-Typ O8 Schafarzikit-Phasen, stabilisiert durch stereochemisch aktive einsame Elektronenpaare als strukturdirigierende Komponente, und ihre festen Lösungen als ideales Modellsystem im Focus dieses Projekts. Das Projekt zielt auf Folgendes ab: a) die experimentelle Validierung und ggfs. Weiterentwicklung der Übergangsfunktion für eine Beschreibung der thermischen Expansion über eine Phasenumwandlung hinweg als "Thermal Expansion across Phase Transition" (TEAPT) Modell, b) den Thermochromismus des Modellsystems L2(M1-xM'x)O4 (L = Pb2+, M= Pb4+,Sn4+,Pt4+) über ihre displaziven Phasenübergänge hinweg zu beschreiben und zu verstehen, c) einen Demonstrator für eine temperaturabhängige Bibliothek von Thermochromen zu schaffen und d) umweltfreundlichere Phasen zu erkunden, die einen weiten Temperaturbereich für thermochrome Übergänge ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Privatdozent Dr. Mohammad Mangir Murshed; Dr. Lars Robben