Molekulare Ferroelektrika für die elektrokalorische Kühlung

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Anna Grünebohm; Privatdozent Dr. Vladimir V. Shvartsman
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Computergestütztes Werkstoffdesign und Simulation von Werkstoffverhalten von atomistischer bis mikroskopischer Skala
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 510095586

Die Erforschung von molekularen Ferroelektrika hat wegen deren photovoltaischen Eigenschaften und ihrem Potential für Anwendungen basierend auf dem piezoelektrischen Effekt und für die Energiespeicherung in den letzten Jahren großes Interesse hervorgerufen. Im Gegensatz dazu wurde ihre Kapazität für Kühlanwendungen mittels des elektrokalorischen Effekts kaum erschlossen, das fundamentale Verständnis ist lückenhaft und es wurden bisher keine direkten Messungen des kalorischen Effekts veröffentlicht. Dies ist insbesondere deswegen überraschend, da sie mit geringen Kosten, niedrigen und einstellbaren Übergangstemperaturen, verschiedenen Freiheitsgraden und einer großen latenten Wärme am Phasenübergang sehr vielversprechend für dieses Anwendungsfeld sind. Im Projekt Molectra streben wir eine Optimierung von Phasenübergängen und des kalorischen Effekts in molekularen Ferroelektrika an. Zunächst möchten wir die Rolle der Dipolmomente der organischen Kationen und der unterschiedlichen Beiträge zur latenten Wärme am Phasenübergang grundsätzlich verstehen und dann unsere Erkenntnisse für die Materialoptimierung nutzen. Hierbei werden wir uns auf hybride perovskitische Einkristalle (Me3NCH2XN+)-TM-Y3, (X, Y = Cl, Br, I und TM = Fe, Mn, Zn) konzentrieren, die ein vielversprechendes Phasendiagramm mit einer morphotropen Phasengrenze und niedrigen Curietemperaturen aufweisen. Wir werden theoretische Ansätze, insbesondere ab initio (basierte) atomistische Simulation (Gruppe RUB), und experimentelle Studien (Gruppe UDE) einschließlich der ersten direkten kalorischen Messungen an dieser Materialklasse kombinieren. Beide Gruppen haben umfassende Erfahrungen im Feld von ferroelektrischen Materialien und vor allem in der Untersuchung von kalorischen Effekten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: Infrared camera for ECE measurements
• Gerätegruppe: 5840 Spezielle Infrarot-Detektoren
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Doru Constantin Lupascu