Piezoelektrische Hochtemperaturmaterialien: Langasit und isomorphe Verbindungen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Holger Fritze
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2002 bis 2008
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5348225

Herkömmliche piezoelektrische Materialien wie a-Quarz oder Lithiurimiobat sind lediglich bei Temperaturen unterhalb von 450 °C einsetzbar. Folglich ergeben sich erhebliche Einschränkungen beim Hochtemperatureinsatz von piezoelektrischen Sensoren und Aktoren. Im Rahmen der bisherigen Arbeiten konnte gezeigt werden, daß Langasit (La3Ga5SiO14) bis zu Temperaturen von mindestens 935 °C als Volumenschwinger eingesetzt werden kann und beispielsweise bei 600 °C bis zu Sauerstoffpartialdrücken von 1021 bar stabil ist. Bei den Untersuchungen von Oberflächenwellenelementen konnte in den ersten Meßkampagnen die Funktion bis 550 °C nachgewiesen werden. Mit einer Modifikation des Wandlerlayouts, der Metallisierung und des Meßaufbaus werden auch hier höhere Einsatzgrenzen angestrebt. Weiterhin wurden wesentliche Schritte bei der Aufklärung und Modellierung der atomaren Transportmechanismen in Langasit bei hohen Temperaturenvollzogen. Rhodiumverunreinigungen und intrinsische Nichtstöchiometrien von Czochralski-Langasiteinkristallen erhöhen die Leitfähigkeit und wirken sich negativ auf die akustischen Eigenschaften aus. Anhand der Sauerstoffdiffusions- und Leitfähigkeitsdaten konnten ein Modell zur Beschreibung des atomaren Transports erarbeitet und Dotierungen zur Verbesserung der Materialeigenschaften vorgeschlagen werden. Aufgeworfene offene Fragen betreffen den Einfluß von OH-Gruppen auf die elektrischen und akustischen Eigenschaften von Langasiteinkristallen. Weiterhin müssen optimale Dotierungskonzentrationen zur Kompensation intrinsischer Nichtstöchiometrien ermittelt werden. Daraus resultierende Arbeitspunkte und die Aufstellung eines mikroskopischen Modells zur Korrelation von Leitfähigkeit und Dämpfung bilden zusätzliche Schwerpunkte für die Fortsetzung der Arbeiten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Person: Professor Dr. Leonhard Michael Reindl