Ionischer Transport in inneren Grenzflächen - Korrelation zwischen Grenzflächenstruktur und Transporteigenschaften

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Ionenleitung und Diffusion in Grenzflächen zwischen ionischen Feststoffen sind bis heute kaum verstanden. In der Literatur findet man im Vergleich zum Volumentransport viel weniger Arbeiten. Die in Grenzflächen häufig stark beschleunigten Transportprozesse werden oft durch die Ausbildung von Raumladungszonen erklärt. Der Einfluss von elastischen Spannungen in der Grenzfläche, Versetzungsnetzwerken und verringerten Packungsdichten wird nur in wenigen Arbeiten berücksichtigt. Die Grenzflächenstruktur spielt aber bei der analogen Beschreibung der Korngrenzdiffusion in Metallen eine wichtige Rolle. In den technisch wichtigen keramischen Materialien, die als Ionenleiter in Brennstoffzellen und Batteriesystemen eingesetzt werden, sind Raumladungsmodelle aufgrund der hohen Ladungsträgerkonzentrationen nicht mehr anwendbar. In dieser Arbeit soll an Multischichtsystemen aus einem extrinsischen Ionenleiter und einem Isolator Tracerdiffusionsmessungen und Messungen der ionischen Leitfähigkeit als Funktion der Gitterfehlpassung bzw. der kristallographischen Orientierung durchgeführt werden. Das verfügbare Datenmaterial soll stark erweitert werden, um so eine solide Basis für ein neues Model zum Grenzflächentransport zwischen kristallinen ionischen Feststoffen zu schaffen. Voraussetzung ist das Vorliegen von Messdaten, die an strukturell vergleichbaren und geometrisch definierten Modellsystemen gewonnen wurden, was nur durch Messungen an hochtexturierten Schichtsystemen zu erreichen ist. Die zweite wichtige Aufgabe ist die Klärung der Frage, ob in Systemen mit einigen Nanometer dicken Schichten auch bei eigentlich elektronisch isolierenden Materialien die elektronische Leitung im grenzflächennahen Bereich zunimmt.