Mechanical Compliance at Phase Transitions in Lead-Free Ferroelectrics

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Bisherige Untersuchungen der Dielektrizitätskonstanten und der Nachgiebigkeit herkömmlicher ferroelektrischer Materialien zeigten eine Anomalie in der Nähe der Curie‐Temperatur. Dabei werden beide Eigenschaften maximal auf Grund eines Erweichungseffektes welcher in der Nähe der ferroelektrisch‐paraelektrischen Phasengrenze stark an Einfluss zunimmt. Relaxor Materialien zeigen jedoch ein frequenzabhängiges Maximum in der Permittivität. Trotz vieler Studien, die das Kleinsignalverhalten ferroelektrischer Materialien behandelten, existieren nur wenige Untersuchungen zur temperaturabhängigen Nachgiebigkeit ferroelektrischer Materialien. Bisher veröffentlichte Arbeiten basieren in erster Linie auf der Untersuchung herkömmlicher Ferroelektrika wie Bariumtitanat. In diesen Studien wurde entweder eine dynamischmechanische Analysemethode oder die Ultraschall‐Resonanz‐Spektroskopie verwendet. Diese einfachen und unkomplizierten Techniken sind jedoch empfindlich gegenüber Probendefekten und nicht für die Messung der Nachgiebigkeit als Funktion großer mechanischer Belastungsfelder oder, wie im Falle der Ultraschall‐Resonanz‐Spektroskopie, als Funktion der Frequenz geeignet. Neue Anwendungen, wie beispielsweise Diesel‐Einspritzsysteme und Hochtemperatursensoren führen dazu, dass ferroelektrische Materialien immer höheren Belastungen ausgesetzt werden. Neben der Entwicklung neuer bleifreier Materialien mit komplexen Phasendiagrammen erfordern diese neuen Anforderungen das Verständnis des Hochtemperaturverhaltens, wobei der Schwerpunkt auf den jeweiligen Phasenübergängen liegen sollte. Das Ziel dieses Antrags sind Untersuchungen, die das Verständnis von Hochtemperaturphasenumwandlungen in Ferroelektrika, über die Messung der lastabhängigen Nachgiebigkeit, erlauben.