Spektroskopische Untersuchungen oxidischer Funktionsmaterialien

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Aufgrund ihrer physikalischen Eigenschaften sind Funktionsmaterialien in zahlreichen Bauteilen des Alltags zu finden. Es wurden insgesamt drei oxidische Systeme untersucht:

BaTiO3-δ wird aufgrund seiner ferroelektrischen, dielektrischen und piezoelektrischen Eigenschaften in der Technik z.B. für die Fertigung von Kondensatoren, Kaltleitern (PTCR-Effekt) und keramischen Wandlern (MLCC) eingesetzt. Durch dauerhafte Belastung in elektronischen Bauteilen kann es zu einem Degradationsprozess (Reduktion) des Materials kommen, der Einbußen der Leistungsfähigkeit und/oder eine verkürzte Lebensdauer bedingt. Ein Ziel dieser Arbeit war daher die Untersuchung dieses Prozesses mit Hilfe der optischen und der ESR-Spektroskopie, um zum grundlegenden Verständnis des Verhaltens dieses Materials beizutragen.

Das System Zn1-xMxO1-ySy (M = Mn, Co) wird als Kandidat für die Klasse der Diluted Magnetic Semiconductors (DMS) diskutiert, die als neues Speichermaterial die bisher eingesetzten Materialien in Speichermedien ablösen könnten. Dabei wird die Information direkt im Spin der Elektronen gespeichert, was zu einer deutlich erhöhten Schreib- bzw. Lesegeschwindigkeit führt. Eine weitere Anwendungsmöglichkeit besteht in der Verwendung als Farbpigment. Der Einbau der Übergangsmetallionen in das Wirtsmaterial wurde mit optischer, Fluoreszenz- und ESR-Spektroskopie untersucht.

Mullit (Al4+2xSi2-2xO10-x) wird wegen seiner großen Temperaturbeständigkeit für Hitzeschutz-verkleidungen (u.a. Wärmeschild am Spaceshuttle) und als Katalysatorträger verwendet. Die Struktur von Mullit erlaubt den Einbau von zahlreichen Übergangsmetallionen, z.B.: Mn2+, Fe3+, Cr3+, Ti4+, V3+ und V4+. In Abhängigkeit vom Übergangsmetallion können verschiedene Plätze im Kristallgitter besetzen werden. Dies wurde am Beispiel von Chrom(III)ionen untersucht, die als lokale Sonde für die optische und die ESR-Spektroskopie genutzt werden können.