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FP6

INCEMS — Ergebnis in Kürze

Project ID: 13862
Gefördert unter: FP6-NMP
Land: Deutschland

Töpferwaren aus anderer Sicht

Keramiken sind harte Materialien, die aus vielen verschieden geformten Kristallen, oftmals als Körner bezeichnet, bestehen. Dank ihrer Multifunktionalität können Varianten hiervon in einer Vielzahl von hochtechnologisierten Produkten verwendet werden, die über herkömmliche Töpferwaren hinausgehen.
Töpferwaren aus anderer Sicht
Das INCEMS-Projekt ("Interfacial Materials - Computational and Experimental multi-scale Studies") machte sich daran, die Eigenschaften von multifunktionellen Keramiken mit Korngrenzenfilmen im Nanometermaßstab zu untersuchen. Letztere werden an den Korngrenzen in polykristallinen Materialien gefunden. Die Herangehensweise bestand darin, die Materialeigenschaften, welche das Verhalten bei Exposition gegenüber anderen Umgebungen, elektrischen Feldern und mechanischen Spannungen beeinflussen, zu untersuchen und festzulegen.

Durch die Verwendung der rechnergestützten Modellierung analysierte die EU-finanzierte Forschungsgemeinschaft die Stabilität, die Struktur und die Zusammensetzung von Korngrenzenfilmen und versuchte zu identifizieren, unter welchen Bedingungen sich diese bilden. Ziel war auch, Strategien zu ihrer Modifizierung oder Beseitigung durch eine Wärmebehandlung anzubieten. Dies ist wichtig, damit die elektrische und mechanische Widerstandsfähigkeit für die Erzielung einer guten Leistungsfähigkeit und Haltbarkeit der Geräte optimiert werden kann.

Unter Verwendung des polykristallinen Materials SrTiO3 (STO) waren die Forscher in der Lage, keramische Interfaces zu untersuchen und eine solide und kritische Experimentvalidierung zu erreichen. Polykristalline SrTiO3-Materialien mit unterschiedlichen Mikrostrukturen und Zusammensetzungen wurden unter kontrollierten Bedingungen synthetisiert, ihre Interfaces unter Anwendung von verschiedenen hochauflösenden bildgebenden Methoden charakterisiert.

Ein wichtiges Ergebnis der auf Theorien aufbauenden Aktivitäten des INCEMS-Projekts war der Erfolg bei der Errichtung und Inbetriebnahme der erforderlichen theoretischen und rechnergestützten Herangehensweisen, um die Arbeiten voranzubringen. Das wichtigste und unerwartetste Ergebnis der Untersuchungen war, dass kein Hinweis darauf gefunden werden konnte, dass sich in STO-Materialien Korngrenzenfilme bilden. Die Aktivitäten konzentrierten sich dann auf die Variation des Syntheseansatzes, um die Verfahrensbedingungen für die Bildung und Unterdrückung von Korngrenzenfilmen zu bestimmen.

Experimente in diesem Bereich waren darauf ausgerichtet, die Interfaces durch Bikristalle zu ergänzen und so die Möglichkeiten zur Bestimmung der Bildungsbedingungen von Korngrenzenfilmen zu erweitern. Simulationen auf atomarer Ebene unter Verwendung von Bikristallen führten zu einem verbesserten Verständnis der Stärken und Schwächen von empirischen zwischenatomaren Potenzialen, die auf STO-Interfaces angewendet wurden.

Der Fortschritt sowie die Ergebnisse des Projekts wurden im Rahmen von Präsentationen und internationalen wissenschaftlichen Konferenzen sowie Veröffentlichungen in internationalen Zeitschriften vorgestellt.

Die synergetischen Arbeiten und die von den INCEMS-Projektpartnern entwickelten rechnergestützten Modelle waren erfolgreich bei der Realisierung des letztendlichen Ziels: Der vorhersagenden Multiskalenmodellierung von interfacekontrollierten funktionellen keramischen Materialien. Die durchgeführten Arbeiten bieten die Basis für zukünftige Arbeiten, welche auf die Optimierung bestehender und die Entwicklung neuer keramikbasierter Geräte und Anwendungen abzielen.

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