Record #998175

DFG project G:(GEPRIS)463184206

SFB 1548 FLAIR - Fermi Level Engineering angewendet auf oxidische Elektrokeramiken

Coordinator	Professor Dr. Andreas Klein
Grant period	2023 -
Funding body	Deutsche Forschungsgemeinschaft
	DFG
Identifier	G:(GEPRIS)463184206

Note: Elektrokeramische Materialien weisen vielfältige Eigenschaften auf und werden zunehmend, zum Beispiel in der Energiewandlung, -speicherung oder in der Elektronik eingesetzt. Um bessere Materialien mit neuen oder besseren Eigenschaften zu entwickeln, die, in Einklang mit allgemeinen Zielen, klimaneutral, nicht gesundheitsschädlich sowie ressourcen- und energieeffizient sind, ist es wünschenswert vorhersagen zu können, wie deren Eigenschaften von der Zusammensetzung und der Art der Herstellung abhängen. Während dies in der Halbleitertechnologie weitgehend möglich ist, fehlt für oxidische Elektrokeramiken dafür ein umfassendes Verständnis der Veränderung der Materialeigenschaften durch chemische Substitution (Dotierung). Der Sonderforschungsbereich FLAIR möchte diese Begrenzung überwinden, indem er das Fermi-Niveau als gemeinsamen Parameter für die Beschreibung der verschiedenen Mechanismen der Ladungskompensation verwendet, die entscheidend für die Eigenschaften sind. FLAIR entwickelt Fermi level engineering als neuen Weg für das Design neuer oxidischer Elektrokeramiken und erarbeitet dabei auch ein erweitertes Verständnis von Raumladungszonen an Oberflächen, Korngrenzen, und Heterogrenzflächen. Die Zusammenhänge zwischen der Fermi-Energie und der Phasenstabilität werden darüber hinaus zur Ableitung neuer Herstellungswege und für die Kontrolle der Mikrostruktur eingesetzt. Fermi level engineering wird dadurch zu einem neuen Werkzeug für das Design verschiedenster Elektrokeramiken. Langfristig soll eine Simulationssoftware erstellt werden, mit der, ausgehend von der chemischen Zusammensetzung und den Herstellungsparametern, die Phasenverteilung, Mikrostruktur und resultierenden Eigenschaften vorhergesagt werden können. Das Konzept soll exemplarisch für drei Anwendungsfelder entwickelt werden: (I) Gemischte ionisch-elektronische Leiter für Ionenaustauschmembranen und Brennstoffzellen, (II) Photo- und Elektrokatalysatoren für die elektrolytische Wasserspaltung und (III) Piezo- und Dielektrika für Aktoren und Kondensatoren. Die untersuchten Materialien beinhalten Oxide, Oxynitride, Oxyfluoride und Oxyhydroxide mit Perowskit oder verwandter Struktur. Der SFB adressiert technologische Begrenzungen wie i) die Konkurrenz von Sauerstoff-Ionenleitung, Sauerstoff Ein- und Auslagerung und CO2 Resistenz von Membranmaterialien, ii) Empfindlichkeit von Photokatalysatoren für sichtbares Licht, iii) edelmetallfreie Katalysatoren für die Sauerstoffentwicklung, iv) Härtung bleifreier Piezoelektrika und v) die Temperaturstabilität von Dielektrika. Für die Umsetzung kombiniert der SFB führende Expertise und Ausstattung in den Bereichen Charakterisierung der elektronischen Struktur, Oberflächenforschung, Festkörper-, Defekt- und Elektrochemie, keramische Synthese, Analyse von Mikrostrukturen und multiskalige Modellierung von Elektrokeramiken.

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Record created 2023-02-10, last modified 2026-10-05

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