Untersuchung der Defektstruktur und Diffusion in ferroelektrischen Materialien (B 02)

铁电材料中的缺陷结构和扩散研究（B 02）

• 批准号: 5394954
• 金额: --
• 依托单位: Fachbereich Mathematik und Naturwissenschaften
• 依托单位国家: 德国
• 项目类别: Collaborative Research Centres
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 德国
• 起止时间: 2002-12-31 至 2009-12-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/5394954?language=en
• 关键词: Untersuchung; der; Defektstruktur; und; Diffusion

Die Ermüdung ferroelektrischer Werkstoffe hat im Wesentlichen elektrochemische Ursprünge. Die Veränderung der makroskopischen Eigenschaften wird dabei auf die, durch zyklische Domänenbewegungen verursachte, Umstrukturierung der Defekte zurückgeführt. Diese Umstrukturierung bzw. Umverteilung von Defekten kann die Agglomeration von Punktdefekten, die Bildung von verschiedenen Defektpaaren, aber auch den Ladungstransfer zwischen verschiedenen Ionen und Defektstellen beinhalten. Zusätzlich ist auch Gitterrelaxation zu berücksichtigen. Durch diese Prozesse können sich die nominellen Wertigkeiten (Ladungszustände) wesentlich verändern. Abhängig vom Material und Probengeometrie (Bulk- oder Dünnschichtproben) werden verschiedene Defekte und deren Kombinationen erwartet. Wie diese Veränderungen tatsäch lich ablaufen, welche Triebkräfte die Defekte bewegen (Diffusion), wie sich die Ladungszustände dabei verändern und vor allem welche Wechselwirkungen zwischen den neu entstehenden Defekten und der Beweglichkeit der Domänenwende bestehen, ist nicht befriedigend geklärt. In der ersten Förderperiode ist es uns gelungen, wichtige Informationen über die Einzeldefekte und Defektpaare in verschiedenartig dotierten (La, Nb, usw.) PZT-Materialien zu ermitteln. Dabei haben Theorie und Experimente neue Erkenntnisse zu möglichen Ladungszuständen und zur Aktivierungsenthalpie der Sauerstoffdiffusion geliefert. Eine eindeutige Korrelation zwischen diesen „atomaren“ Daten und makroskopischen Ermüdungseffekten herzustellen, bleibt Aufgabe der nächsten Förderperiode. Die Methodik wird in der nächsten Förderperiode im Wesentlichen beibehalten. Die Defekte in verschiedenartig dotierten PZT-Proben werden mit der Methode der Positronenannihilation weiter erforscht, da diese Methode für neutrale und negativ geladene Defekte eine einzigartige Empfindlichkeit aufweist. So können metallische Leerstellen beispielsweise schon mit einer Konzentration von 10-6 ppm nachgewiesen werden. Wegen der Toxizität von Blei werden in Zukunft verstärkt auch andere Materialklassen untersucht. Hierzu kommen vor allem piezoelektrische Keramiken in Frage, wie KNN ((K,Na)NbO3) und Bi-Zn-Ti-O, Bi-Zn-Nb-O, Bi-Li-Ti-O, Bi-Li-Nb-O, bei denen Bi auf dem A-Platz zu finden ist. Bei den Bi-Li-Ti-O und Bi-Li-Nb-O Systemen hat man den zusätzlichen Vorteil, dass mit Hilfe von Kernreaktionsanalyse neben dem Sauerstoff auch die Lithium-Diffusion untersucht werden kann. Temperaturabhängige Messungen werden in der Zukunft ein größeres Gewicht bekommen, da man aus Tieftemperaturmessungen der Positronenlebensdauer auf die Ladungszustände der Defekte schließen kann. An den mit 57Fe dotierten Proben werden Messungen mit der Mössbauerspektroskopie durchgeführt, um die Defektumgebung der Fe Sondenatome zu ermitteln. Hier besteht ganz besonders die Möglichkeit, die gewonnenen Daten mit den Ergebnissen der EPR Messungen zu vergleichen. Die Messung der Sauerstoffdiffusion wird weiterhin mit der Methode der Sekundärionen Massenspektrometrie (SIMS) und mit Kernreaktionsanalyse (NRA) untersucht. Die Methodik wird jedoch in einzelnen Fällen nach Bedarf mit weiteren spezifischen Methoden ergänzt. So ist die Benutzung eines Positronen Beams geplant. Damit wird es möglich, durch die Anwendung von monoenergetischen Positronen in einem Energiebereich zwischen etwa 0 und 20 keV die Defektstruktur von Oberflächen und oberflächennahen Schichten zu untersuchen. Nach den bisherigen Ergebnissen wäre dies wichtig, um die Ladungstrennung an zyklierten Proben bzw. die Defektstruktur an dünnen ITO-Schichten zu untersuchen. Für die Untersuchung der Luftfeuchtigkeit auf das Verhalten der Proben wird die N-15 Methode (Kernreaktionsanalyse) eingesetzt. Mit dieser Methode lässt sich die Verteilung und Konzentration von Wasserstoffatomen mit einer Empfindlichkeit von etwa 0,1 H-Atom/Einheitszelle in den Proben bestimmen.

该Ermüdung ferroelektrischer Werkstoffe hat im Wesentlichen elektrochemische Ursprünge.通过灵活的Domänenbewegungen verursachte、Umstrukturierung der Defekte zurückgeführt，可以将市场特征的检验从市场上剥离。Diese Umstrukturierung bzw.对失败的理解可以是对失败的凝聚，对失败的教育，也可以是对失败的转化。Zusätzlich is auch Gitterrelaxation zu berücksichtigen.这一过程中，我们发现了一种名为Wertigkeiten（Ladungszustände）的方法。Abhängig vom Material und Probengeometrie（Bulk- oder Dünnschichtproben）韦尔登versedene Defekte und deren Combinationen erwartet. Wie diese Veränderungen tatsäch巫妖ablaufen，welche Triebkräfte die Defekte bewegen（扩散），wie sich die Ladungszustände dabei verändern und vor allem welche Wechselenkungen zwischen den neu entstehenden Defekten und der Beweglichkeit der Domänenwende bestehen，ist nicht befriedigend geklärt. In der ersten Förderperiode ist es uns gelungen，wichtige Informationen über die Einzeldefekte und Defektpaare in versatigedenartig dotierten（La，Nb，usw.）PZT-Materialien zu ermitteln. Dabei haben Theorie und Experimente neue Erkenntnisse zu möglichen Ladungszuständen und zur Aktivierungsenthalpie der Sauerstoffdiffusion geliefert. Eine eindeutige Correlation zwischen diesen“atomaren”Daten und makroskopischen Ermüdungseffekten herzustellen，bleibt Aufgabe der nächsten Förderperiode.卫理公会将在下一次的西方世界中出现。PZT-Proben韦尔登的正电子湮没方法也可用于验证电子湮没的缺陷，这种中性和负电子湮没的方法可使缺陷得到有效的消除。因此，在韦尔登含量为10-6 ppm的情况下，金属的铅含量会增加。在Zukunft中，韦尔登的毒性也会影响材料。本文介绍了一种新型的压电陶瓷，即KNN（（K，Na）NbO_3）和Bi-Zn-Ti-O，Bi-Zn-Nb-O，Bi-Li-Ti-O，Bi-Li-Nb-O，它们都是在A型平面上发现的。在Bi-Li-Ti-O和Bi-Li-Nb-O体系中，锂离子扩散也可以通过核反应分析来实现。温度传感器韦尔登在Zukunft中是一个非常重要的部件，通过温度传感器测量位置可以使设备的寿命缩短。用57铁做探针的韦尔登测量了穆斯堡尔谱，确定了铁的灵敏度。这里最好的方法是使用EPR传感器测量数据。采用二次质谱法（西姆斯）和核反应分析法（NRA）对Sauerstoffdiffusion进行了测量。卫理公会将在一个山谷里与其他特殊的方法合作。因此，这是一个正电子束装置。Damit wird es möglich，durch die Anwendung von monoenergetischen Positronen in einem Energiebereich zwischen etwa 0 and 20 keV die Defektstruktur von Oberflächen und oberflächennahen Schichten zu untersuchen.在这一过程中，我们发现了一个非常重要的问题，那就是，我们需要一个非常强大的工具来帮助我们。该Defektstruktur an dünen ITO Schichten zu untersuchen.为了对飞行阻力进行测试，需要使用N-15方法（核反应分析）。这一方法主要是通过一个0，1氢原子/单个原子的实验来实现对水蒸气的探测和控制。