Ferroelektrische Keramikwerkstoffe für Piezo-Anwendungen

Ferroelektrika werden zur Herstellung präziser mechanischer Aktuatoren und Sensoren genutzt. Piezokeramische Bauteile kommen in vielen Anwendungsgebieten zum Einsatz, so z.B. in der Telekommunikation (Wandler), Medizintechnik (Ultraschallgeräte) oder der Automobiltechnik (Dieselmotor-Einspritzpumpen) sowie als Druck-, Kraft- und Beschleunigungssensoren zur Überwachung unterschiedlichster Prozesse. Bleizirkonattitanat (PZT) ist wegen seiner herausragenden elektromechanischen Eigenschaften zurzeit noch die Piezokeramik der ersten Wahl. Kaliumnatriumniobat (KNN) ist eine vielversprechende bleifreie Alternative zu PZT. Mit der Dichtefunktionaltheorie (DFT) und atomistischen Simulationen untersuchen wir die Auswirkungen von atomaren Defekten, Domänenwänden und Korngrenzen, die in den industriellen Herstellungsverfahren eine Rolle spielen. Das so gewonnene Verständnis ermöglicht es, die Materialeigenschaften gezielt einzustellen und die Verwendung von gesundheitsschädlichem Blei zu vermeiden.

Weiterführende Informationen

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Publikationen 

• Körbel, S.; Elsässer, C.; Alignment of ferroelectric polarization and defect complexes in copper-doped potassium niobate; Physical Review B 88/21 (2013) 214114 1-13 Link
• Eichel, R.-A.; Erünal, E.; Jakes, P.; Körbel, S.; Elsässer, C.; Kungl, H.; Acker, J.; Hoffmann, M.J.; Interactions of defect complexes and domain walls in CuO-doped ferroelectric (K, Na) NbO3; Applied Physics Letters 102/24 (2013) 242908 1-5 Link
• Körbel, S.; Elsässer, C.; Ab initio and atomistic study of ferroelectricity in copper-doped potassium niobate, Physical Review B 84/1 (2011) 14109 1-8 Link
• Körbel, S.; Elsässer, C.; Cu substitutionals and defect complexes in the lead-free ferroelectric knn; in Proc. of High Performance Computing in Science and Engineering '10; Nagel, W.E.; Kröner, D.B.; Resch, M.M. (Hrsg.); Springer Berlin, Heidelberg (2011) 181-188 Link

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