Korn- sowie Korngrenzenstruktur und elektrische Felder in protonenleitenden Keramiken untersucht mit Elektronenmikroskopie

• Antragstellerin: Professorin Dr. Kerstin Volz
• Fachliche Zuordnung: Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 556363981

Im Projekt der FOR SynDiPET werden wir elektronenmikroskopische Methoden einsetzen, um sowohl die Realraumstruktur als auch die elektronische Struktur der in der FOR mit innovativen Verfahren wie UHS, PS sowie - zum Vergleich - FAST/SPS gesinterten protonenleitenden Keramiken aufzuklären. Dabei betrachten wir Längenskalen vom atomaren Bereich bis hin zu mehreren Mikrometern. Zudem werden wir elektronenmikroskopische Methoden weiterentwickeln, insbesondere zur Abbildung von Raumladungszonen an Grenzflächen und zur Durchführung von in-situ-Studien. Diese werden angewendet, um strukturelle und elektronische Veränderungen von BZCY in Wasserdampf bei erhöhten Temperaturen zu untersuchen. Die von uns bereitgestellten Daten werden von den Partnern genutzt, um Multiskalen Simulationen mit realistischen Parametern zu betreiben und zu validieren sowie maschinelle Lernverfahren (ML) zu trainieren, mit dem Ziel, die Synthesebedingungen für optimierte Materialeigenschaften zu verbessern. Darüber hinaus werden wir - auch gemeinsam mit den Partnerprojekten in der FOR - ML-Methoden entwickeln, um Elektronenbeugungsdaten schneller und zuverlässiger auszuwerten sowie ML einzusetzen, um aus zweidimensionalen Mikrographien eine größere Menge dreidimensionaler mikrostruktureller Daten zu gewinnen. Im Einzelnen planen wir: 1) die Bestimmung der Korn(grenzen)- und Porenstruktur, Phasen und Morphologie auf Submikrometer- bis Mikrometerskalen, 2) die Quantifizierung der Struktur, Zusammensetzung und Bindung an Korngrenzen auf atomaren Skalen, einschließlich des Vergleichs von Elektronenstreudaten mit Bildsimulationen, 3) die Entwicklung und Anwendung von Methoden zur Abbildung der Raumladungszonen an Korngrenzen und zur Quantifizierung von Raumladungspotentialen, 4) die Entwicklung von in-situ-Experimenten für BZCY und das Verständnis struktureller sowie elektronischer Veränderungen von BZCY in Wasser durch in-situ-Experimente, 5) die Bereitstellung struktureller und elektronischer Daten für die Partnerprojekte zur Validierung von Simulationen und zum Training von ML-Modellen sowie zur Optimierung der Synthesebedingungen hinsichtlich der Materialeigenschaften, 6) die Entwicklung von ML-Methoden zur Auswertung von Elektronenbeugungsdaten, 7) den Einsatz von ML zur Rekonstruktion der dreidimensionalen Korn(grenzen)- und Porenstruktur aus zweidimensionalen Messdaten.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5966: Synergetisches Design protonenleitender Keramiken für Energietechnologie (SynDiPET)
• Mitverantwortlich: Dr. Andreas Beyer