Zeitabhängiges Matrialgesetz zur mesoskopischen Materialbeschreibung von ferroelektrischen Keramiken: Grundlagen und Anwendung

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Ferroelektrische Materialien sind eine wichtige Teilgruppe von Funktionswerkstoffen, die zunehmend als Aktuatoren und Sensoren genutzt werden („smart materials“). Für den optimalen Einsatz ist es notwendig, die inneren Felder und die Domänenstrukturen, wie sie sich zeitund ortsvariabel bei der Polung und Belastung ergeben, zu verstehen. Hierzu soll in dem beantragten Vorhaben ein integriertes Materialgesetz entwickelt werden, das eine effiziente Beschreibung der Felder auf einer mesoskopischen Skala (räumlich 1…100 μm, zeitlich etwa 1 s…105 s) erlaubt. Eine detaillierte Beschreibung von Domänenprozessen ist nicht das Ziel des Antrags, sondern es sollen in einem halbphänomenologischen Ansatz innere Variablen genutzt werden, deren zeitliches Entwicklungsgesetz durch die Kenntnis mikroskopischer Vorgänge motiviert ist. Das angestrebte Materialgesetz soll eine hinreichend einfache Form haben, so dass es in einen Finite-Element-Code zur Berechnung makroskopischer Feldverteilungen implementiert werden kann. Ein Test des Materialgesetzes mittels Analyse von realistischen Funktionselementstrukturen ist vorgesehen, wobei experimentelle Ergebnisse sowohl aus der Literatur als auch innerhalb der geplanten Kooperation genutzt werden sollen.