Defects and Orientation Dependent Transport in Orthosilicates
Final Report Abstract
Im Projekt wurde der Transport von Masse und Ladung in Cobaltsilicat, Co2SiO4, untersucht. Zentrales Ziel der Untersuchungen war die Aufklärung der Anisotropie der Transportprozesse in Co2SiO4, das die orthorhombische Olivinstruktur besitzt. Das Projekt will auf diese Weise zur besseren Kenntnis von Transportphänomenen in nicht-kubischen Oxiden beitragen. Der Ladungstransport wurde mit Hilfe von Leitfähigkeitsmessungen an orientierten Einkristallen untersucht; dabei wurden sowohl temperatur- (z.B. 0,72 eV an Luft) als auch sauerstoffaktivitätsabhängige Messungen durchgeführt (m ≈ 1/6). Die höchste Leitfähigkeit wurde in c-Richtung der Olivinstruktur festgestellt, so dass sich auch für den Fall des Cobaltsilicats Übereinstimmung mit sämtlichen bisherigen Untersuchungen zu den Transporteigenschaften von Olivinen ergibt. Die Leitfähigkeitsanisotropie ist allerdings nicht sehr ausgeprägt: σa : σb : σc ≈ 1 : 1,1 : 1,9, womit sich das Cobalsilicat in völliger Übereinstimmung mit dem isostrukturellen Eisensilicat befindet. Informationen über richtungsabhängige Diffusionseigenschaften des Cobaltsilicats wurden mit Hilfe der optischen Spektroskopie an orientierten optischen Absorbern in Experimenten mit schnellen Änderungen der externen Sauerstoffaktivität erhalten. Aus diesen temperaturabhängig ausgeführten Relaxationsexperimenten konnten chemische Diffusionskoeffizienten und sodann Diffusionskoeffizienten der Kationenleerstellen (DV) auf M1 und M2 Plätzen abgeleitet werden (z.B. 1,1 eV für Diffusion in c-Richtung). Auch im Fall der Leerstellendiffusion ergibt sich nur eine vergleichsweise geringe Anisotropie mit DVa : DVb : DVc ≈ 1 : 1,1 : 2 (960°C), wodurch sich das Cobaltsilicat deutlich vom Eisensilikat unterscheidet, für das eine Anisotropie dieser Transporteigenschaft von bis zu 1:10 gefunden wurde.
Publications
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Octahedral Cation Exchange in (Co0.21Mg0.79)2SiO4 Olivine at High Temperatures: Kinetics, Point Defect Chemistry, and Cation Diffusion. J. Phys. Chem. C 113 (2009) 6267-6274
J. Shi, S. Ganschow, D. Klimm, K. Simon, R. Bertram, K.-D. Becker
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Untersuchungen zur Redox- und Defekt-Kinetik sowie zu den optischen Eigenschaften oxidischer Verbindungen mit Hilfe der optischen Spektroskopie. Dissertation, Technische Universität Braunschweig, Cuvillier Verlag Göttingen, 2010, ISBN 978-3-86955-388-7
S. Dlugocz
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Optical in-situ spectroscopy of high-temperature properties of olivines. Z. Kristallogr. 226 (2011) 89-92
J. Shi, S. Dlugocz, S. Ganschow, S. Ebbinghaus, K.-D. Becker
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Point Defects and Orientation-dependent Transport of Matter and Charge in Iron-containing Olivines. Solid State Ionics, 2011
T.-L. Tsai, K.-D. Becker, R. Dieckmann
