Ceramics II. Skript zur Vorlesung von Prof L. J. Gauckler und Prof. K. Conder, ETH Zürich

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Inhalt Ceramics II 1. KAP 1 1 1.1 DIE DIELEKTRIZITÄTSZAHL 2 1.2 DIELEKTRISCHE VERLUSTE 4 1.3 POLARISATIONSARTEN 6 1.4 DER ZUSAMMENHANG ZWISCHEN DER DIELEKTRIZITÄTSZAHL UND DER POLARISATION 8 1.5 FREQUENZ- UND TEMPERATURABHÄNGIGKEIT 12 1.5.1 Thermisches Problem 18 1.5.2 Zeitliches Problem 20 1.6 IMPEDANZSPEKTROSKOPIE 25 1.6.1 Messprinzip 25 1.6.2 Darstellungsarten 28 1.6.3 Beispiel 30 2. KAP 2 37 2.1 BARIUMTITANAT - DER PROTOTYP FERROELEKTRISCHER KERAMIKEN 39 2.2 DAS CURIEWEISS GESETZ 43 2.3 MISCHKRISTALLE 45 2.4 EINFLUSS EINES ÄUSSEREN ELEKTRISCHEN FELDES 47 2.5 FERROELEKTRISCHE KERAMIK 50 2.6 EINFLUSS DER KORNGRÖSSE 52 3. KAP 3 55 3.1 KERAMISCHE DIELEKTRIKA 56 3.1.1 Typ I 57 3.1.2 Typ II 58 3.1.3 Typ III 62 3.2 QUALITÄTSKRITERIEN 63 3.2.1 Die Alterung von Ferroelektrika 63 3.3 BAUFORMEN VON KERAMIKKONDENSATOREN 65 4. KAP 4 69 4.1 GRUNDLAGEN UND DEFINITION 70 4.2 GÜTEKRITERIUM PYROELEKTRISCHER WERKSTOFFE 72 4.2.1 Die spezifische Wärme 73 4.3 PYROELEKTRISCHE KERAMIKEN 76 4.3.1 Abhängigkeit der Eigenschaften von der Zusammensetzung 77 4.3.2 Dotierungen 79 4.4 ANWENDUNGEN 81 5. KAP 5 85 5.1GRUNDBEGRIFFE 86 5.2 DIE WERKSTOFFE 92 5.3 BESONDERHEITEN DER TECHNOLOGIE 95 5.4 ALTERUNG UND HYSTERESE 96 5.5 ANWENDUNGEN DER PIEZOELEKTRIKA 98 KAP 6 105 6.1 GRUNDLAGEN 106 6.1.1 Der Kerr-Effekt (n E2) 109 6.1.2 Der Pockels-Effekt (n E) 110 6.1.3 Wechselwirkung von PLZT mit polychro-matischen Licht 113 6.2 WERKSTOFFE 115 6.3 ELEKTROOPTISCHE ANWENDUNGEN 118 6.3.1 Der quadratische Effekt 118 6.3.2 Der lineare Effekt 119 6.3.3 Der Gedächtnis-Effekt 119 Anhang zu Kapitel 6 Kap 6 A 6.1 A KRISTALLOGRAPHISCHE BETRACHTUNGEN 128 6.1.1 Ohne spontane Polarisation 128 6.1.2 Mit spontaner Polarisation (Pyroelektrika) 128 6.2 A THERMODYNAMISCHE ZUSAMMENHÄNGE 131 6.2.1 Das Heckmann-Diagramm 131 6.2.2 Beispiel: Der Piezoeffekt 133 6.2.3 Zusammenfassung 135 6.2.4 Lernkontrolle 136 Kap 7 137 7.1. ÜBERSICHT 138 7.2. GRUNDLAGEN DER ELEKTRISCHEN LEITFÄHIGKEIT 142 7.2.1. Transportgleichungen 142 7.2.2. Treibende Kräfte 143 7.3. METALLISCHE LEITER 144 7.3.1. Bändermodell 144 7.3.2. Transportgleichung für metallische Leiter 145 7.3.3. Beispiele von metallisch leitenden Keramiken 146 7.4. DEFEKTCHEMIE 147 7.4.1. Einleitung 147 7.4.2. Fehlordnungsarten 147 7.4.3. Kröger-Vink Notation 149 7.4.4. Defektgleichungen 150 7.5. IONISCHE LEITER UND MISCHLEITER 160 7.5.1. Ionenleitende Werkstoffe 160 7.5.2. Intrinsische Ionenleiter 163 7.5.3. Extrinsische Ionenleiter 164 7.5.4. Superionische Leiter 165 7.5.5. Anwendungsbeispiele von Ionenleitern 167 7.6. HALBLEITER 176 7.6.1. Anwendungen von keramischen Halbleitern 179 7.7. OBERFLÄCHEN- UND GRENZFLÄCHENPHÄNOMENE 182 7.7.1. Der p-n Übergang 182 7.7.2. Kaltleiter (PTC) 184 7.7.3. Varistoren 188 KAP 8 193 8.1 WAS IST SUPRALEITUNG? 195 8.2 SUPRALEITENDE WERKSTOFFE 197 8.2.1 Supraleitende Elemente 197 8.2.2 Supraleitende Verbindungen 198 8.3 DIE PHYSIK DER SUPRALEITUNG 201 8.4 SUPRALEITER IM „PHASENRAUM“ TEMPERATUR –STROM -MAGNETFELD 206 8.5 DIE LONDON-GLEICHUNGEN, EINDRINGTIEFE UND KOHÄRENZLÄNGE 208 8.6 JOSEPHSONEFFEKT 210 8.7 SUPRALEITER IM ÄUSSEREN MAGNETFELD 213 8.7.1 Supraleiter 1. Art (Typ I) 213 8.7.2 Supraleiter 2. Art 214 Die kritische Stromdichte 219 8.7.3 Supraleiter 1.Art (Typ I) 219 8.7.4 Supraleiter 2.Art (Typ II) 220 8.8 HOCHTEMPERATUR SUPRALEITER (HTSL) 223 8.8.1 La2-xSrxCuO4 223 8.8.2 YBa2Cu3O7-x 225 8.8.3 Bi-Sr-Ca-Cu-O 227 8.8.4 Hg-Ba-Ca-Cu-O 228 8.8.5 HTSL: Wie geht es weiter? 229 8.8.6 Technische Anforderungen 229 8.8.7 Herstellung 232 8.9 ANWENDUNGEN 235 8.9.1 Übersicht 235 KAP 9 243 9.1 ABOUT THE EIS THEORY PRIMER 243 9.2 AC CIRCUIT THEORY AND REPRESENTATION OF COMPLEX IMPEDANCE VALUES 244 9.3 PHYSICAL ELECTROCHEMISTRY AND EQUIVALENT CIRCUIT ELEMENTS 254 9.4 COMMON EQUIVALENT CIRCUIT MODELS 260 9.5 EXTRACTING MODEL PARAMETERS FROM DATA 270 9.6 LITERATURE 273