Mechanische Spektroskopie von kubischem Zirkoniumdioxid bei hohen Temperaturen

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Stabilisiertes kubisches Zirkoniumoxid ist aufgrund seiner hohen Sauerstoffleitfähigkeit ein wichtiger Multifunktionswerkstoff für Hochtemperatur-Brennstoffzellen und Sauerstoffsensoren. Für den wirtschaftlichen und sicheren Langzeitbetrieb sind sowohl die elektrischen als auch die mechanischen Eigenschaften von Bedeutung. Die mechanischen und elektrischen Eigenschaften von polykristallinem ZrO2 bei hohen Temperaturen werden durch atomare Transportprozesse bestimmt.In dem geplanten Forschungsvorhaben soll die mechanische Spektroskopie (Innere Reibung) als neue Meßmethode zur Erfassung dieser Vorgänge angewandt werden. Mit dieser selektiven und zerstörungsfreien Meßmethode lassen sich die dabei beteiligten Prozesse separieren. Dazu gehören einerseits lokale atomare Umlagerungen (Dipol-Umorientierungen) und andererseits Prozesse, die diffusionsgesteuert ablaufen (Kationendiffusion) und mit Korngrenzengleiten oder Versetzungsklettern verbunden sind. Parallel zur mechanischen Spektroskopie sollen Messungen der elektrischen Leitfähigkeit durchgeführt werden Diese mechanischen und elektrischen Messungen sind komplementär zu Diffusionsexperimenten (Kationendiffusion). Die zu erwartenden Egebnisse sollen als Grundlage zur Erklärung des HochtemperaturKriechverhaltens und der Degradation der elektrischen Leitfähigkeit von ZrO2 dienen.Im Hinblick auf die Anforderungen der umweltfreundlichen Energieumwandlung mittels Brennstoffzellen und der schadstoffarmen Verbrennung (Sensorik) hat das Vorhaben neben seiner grundsätzlichen Bedeutung auch erhebliche technisch-wirtschaftliche Relevanz.