Feldinduzierte Domänenwandbewegung, Kinetik des Schaltverhaltens und intrinsischer Piezoeffekt in ferroelektrischen PZT- und BaTiO3-Keramiken

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Die Grundlage für den technischen Einsatz perowskitischer BleiTitanat-Zirkonat-Keramiken beruht auf deren hervorragenden piezoelektrischen und ferroelektrisch-ferroelastischen Eigenschaften. Diese speziellen dielektrischen Effekte führen - bei unterschiedlichen Wirkungsweisen - zu meßbaren Änderungen der makroskopischen Polarisation sowie zu Längenänderungen des gesamten Bauteils. Zur Optimierung der Einsatzmöglichkeiten dieser Werkstoffe ist es deshalb erforderlich, die physikalischen Mechanismen des rein intrinsischen Piezoeffekts und des ferroelektrisch-ferroelastischen Umklappens von Domänen zu untersuchen. Dazu muß sowohl eine qualitative und quantitative Unterscheidung dieser beiden Effekte getroffen, als auch Korrelationen zwischen diesen mikroskopischen Erscheinungen und dem makroskopischen Materialverhalten untersucht werden. Einer der Schwerpunkte ist hierbei der Einfluß der Domänenwände, sowie ihre Mobilität und die Auswirkungen von sich bevorzugt in den Wänden anreichernden Verunreinigungen (Fehlstellen, Dotierungselemente). Die Basis der geplanten Untersuchungen bilden PZT- und BaTi0³-Keramiken, die im Rahmen dieses Vorhabens hergestellt werden und eine gezielte Variation bezüglich des mikrostrukturellen Aufbaus und der Dotierungsstoffe aufweisen. Mit Hilfe von REM und AFM-Untersuchungen soll die kristallographische Orientierung benachbarter Domänen zueinander ermittelt und daraus auf den 3-dimensionalen Aufbau der Domänenwände selbst geschlossen werden. Ferner sind Untersuchungen zu den Ermüdungs- und Alterungseffekten piezoelektrischer und ferroelektrisch-ferroelastischer Werkstoffe geplant. Als Meßtechniken sollen neben den Standardverfahren der makroskopischen Charakterisierung vor allem in-situ XRD-Messungen eingesetzt werden.