Universität zu Köln

Joschko, Barbara (2007). Darstellung und Charakterisierung der neuartigen tetragonalen Bronzen CaxBa1-xNb2O6 und CaxSryBa1-x-yNb2O6. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Die vorliegende Arbeit wurde im Rahmen des Graduiertenkollegs 549 (Azentrische Kristalle) durchgefuehrt. Sie beschaeftigt sich mit weiterfuehrenden materialwissenschaftlichen Unter-suchungen an den neuartigen, ferroelektrischen tetragonalen Bronzen CaxBa1-xNb2O6 (CBN) und CaxSryBa1-x-yNb2O6 (CSBN). Mit Hilfe des Czochralski-Verfahrens wurden erstmals große und rissfreie Einkristalle der Verbindung CaxBa1-xNb2O6 (x zwischen 0,2 und 0,4) gezuechtet, die einen anderen Ca-Gehalt aufwiesen, als den aus der Literatur bisher bekannten Wert von 0,28. Die hochpraezise chemische Analyse der Kristalle erfolgte dabei mittels Roentgenfluoreszenzanalyse (RFA) und ergab folgende Kristallzusammensetzungen: Ca0,257(2)Ba0,741(2)Nb2,000(6)O6 (CBN-25,7), Ca0,270(2)Ba0,729(2)Nb2,000(6)O6, (CBN-27,0), Ca0,279(2)Ba0,722(2)Nb2,000(6)O6 (CBN-27,9), Ca0,288(2)Ba0,711(2)Nb2,000(6)O6 (CBN-28,8) und Ca0,311(2)Ba0,690(2)Nb2,000(6)O6 (CBN-31,1). Die Einkristalle besaßen einen polarisationsoptisch stark gestoerten Bereich, den sogenannten ghost seed. Dieser besitzt den Umriss des Impfkristalls und pflanzt sich durch den gesamten Kristall fort. Mit Hilfe von Aetzversuchen und synchrotrontopographischen Aufnahmen konnte erstmals gezeigt werden, dass der ghost seed aus geradlinigen Versetzungen besteht, welche das sonst homogene Kristallgitter stoeren. Durch Verringerung des Durchmessers des anwachsenden Kristalls (Hals) gegenueber dem Durchmesser des Impfkristalls um 1-3 mm und anschließende Verbreiterung konnte der ghost seed erfolgreich eliminiert werden. Das Phasendiagramm des Zweikomponentensystems BaNb2O6-CaNb2O6 konnte erstmals bestimmt werden. Hierzu wurden Sinterproben der Zusammensetzungen CaxBa1-xNb2O6 (x zwischen 0,00 und 1,00) im Abstand von 0,05 mittels Differenz-Thermoanalyse (DTA) hinsichtlich ihres Schmelzpunktes und mittels Roentgenpulverdiffraktometrie (XRD) hinsichtlich der vorhandenen Phasen untersucht. Fuer den Bereich von x zwischen 0,20 und 0,40 im Phasendiagramm standen zur Untersuchung die oben genannten Einkristalle zur Verfuegung. Durch die Gegenueberstellung der Ausgangszusammensetzung der Schmelze und der Zusammensetzung des aus ihr gezuechteten Kristalls, konnte mittels einer graphischen Analye erstmals die kongruent schmelzende Zusammensetzung bei einem Ca-Gehalt von 0,281(2) bestimmt werden. Die Abhaengigkeiten einiger physikalischer Eigenschaften wie Phasenuebergangstemperatur, Gitterkonstanten, Dichte und Brechwerte vom Ca-Gehalt erwiesen sich in allen Faellen als linear und deutlich. Geht man von einem der Kristallzuechtung zugaenglichen Bereich von x zwischen 0,25 und 0,32 aus,so laesst sich die Phasenuebergangstemperatur um rund 100 K von 304 bis 199 Grad Celsius variieren. Bei frequenz- und temperaturabhaengigen Messungen der Kapazitaet an einer (001)-Platte der Probe CBN-31,1 erwiesen sich die Maxima der dielektrischen Anomalie als schmal. Sie verschieben sich mit hoeheren Frequenzen nicht zu hoeheren Temperaturen. Dies legt die Vermutung nahe, dass der Relaxorcharakter in dieser Substanz eher schwach ausgepraegt ist. Desweiteren gelang, nach vorausgegangenen phasenanalytischen Untersuchungen im Dreistoffsystem CaNb2O6�SrNb2O6�BaNb2O6, die Zuechtung großer und optisch homogener Einkristalle der tetragonalen Bronze Ca0,18(2)Sr0,226(6)Ba0,60(1)Nb2O6. Die Phasenuebergangstemperatur wurde mittels Leistungskompensations-DSC bestimmt und ergab einen Wert von 180(2) Grad Celsius.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Joschko, Barbara nc-joschkma@netcologne.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-21022
Date:	2007
Language:	German
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Geosciences > Institut für Kristallographie
Subjects:	Earth sciences
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Tetragonale Bronzen , Kristallzüchtung , Röntgenfluoreszenzanalyse , Differenz-Thermoanalyse , Phasendiagramm German
Date of oral exam:	5 July 2007
Referee:	Name Academic Title Mühlberg, Manfred Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/2102