Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Bleifrei rechnen

17.12.2012
Eigentlich ist das giftige Blei-Zirkonium-Titanat (PZT) seit 2006 in Europa verboten. Doch weil es bisher keine Alternativen mit vergleichbar guten Eigenschaften gibt, darf das Material noch immer verwendet werden.
Es findet sich z.B. als nichtflüchtiges Speichermaterial in Computern und Einspritzsystemen von Autos. Wissenschaftler des IKZ haben nun ferroelektrische Materialien entwickelt, die das PZT in einigen Anwendungsbereichen ersetzen könnten.

„Eigentlich komme ich von den klassischen Halbleitern“, erklärt Dr. Jutta Schwarzkopf vom Leibniz-Institut für Kristallzüchtung (IKZ), „da ist die Welt übersichtlicher“. In ihrer jetzigen Forschung nutze sie ein viel größeres Spektrum des Periodensystems der Elemente, womit sich mehr Möglichkeiten bieten, Materialeigenschaften gezielt zu beeinflussen.

Das Natrium-Niobat ist eigentlich farblos. Die Färbung entsteht durch das Substrat – lila: NdGaO3 (Neodym-Gallat), weiß: SrTiO3 (Strontium-Titanat), gelb: DyScO3 (Dysprosium-Scandat)

Foto: IKZ

Mit Natrium-Niobat, einem an sich antiferroelektrischem Material, ist es ihrer Gruppe nun gelungen, bleifreie Schichten abzuscheiden, die ferroelektrische Eigenschaften aufweisen und vielleicht einmal in Zukunft das PZT aus Computern und Sensoren ersetzen könnten. Erreicht hat sie dies, indem sie das Material in Schichten gezüchtet hat, in die sie Verspannungen eingebaut hat. Bislang wurden Alkali-Niobate, zu denen das Natrium-Niobat gehört, kaum in Schichten hergestellt, da Alkalimetalle wie Natrium und Kalium sehr flüchtig und somit schwierig zu handhaben sind.

Natrium-Niobat zeigt im unverspannten Zustand keine ferroelektrischen Eigenschaften. Spannend wird das Material aber, wenn das Substrat, auf das die Schichten aufwachsen, eine etwas größere oder kleinere Gitterstruktur als das Natrium-Niobat aufweist. Bei einer kleineren Gitterstruktur des Substrates wird das Natrium-Niobat zusammengepresst, dadurch dehnt sich die Gitterzelle nach oben aus. Es kommt zu einer Verschiebung der positiven und negativen Ladungen und zu einer Polarisierung aus der Ebenen der Schicht hinaus.

Man spricht von einer kompressiven Verspannung. Bei der tensilen Verspannung ist die Gitterstruktur des Substrats etwas größer als die des Natrium-Niobats. Das Gitter wird auseinandergezogen, die Polarisation geschieht nun innerhalb der Ebene. Die Richtung der Polarisation entscheidet über die ferroelektrischen Eigenschaften des Materials. „Wir können mit dieser Verspannung spielen und erhalten so genau die Eigenschaften, die das Material haben soll“, erklärt Schwarzkopf. Dieses Arbeitsgebiet wird als „Strain Engineering“ bezeichnet. Die dafür verwendeten Substrate kommen z.T. auch aus dem IKZ, wo sie in der Gruppe von Hr. Uecker gezüchtet werden.

Ferroelektrische Materialien werden für nichtflüchtige Speichermedien eingesetzt – wenn der Stecker gezogen wird, sollen die Informationen schließlich nicht verloren gehen. Auch in Touchscreens, Sensoren und Mobilfunkgeräten kommen sie zum Einsatz.

Mit den Materialien kann man auch ganz neue Anwendungsfelder vorantreiben, etwa das „Energy Harvesting“. Werden nur kleine Energiemengen für mobile Geräte wie Sensoren oder Sender benötigt, kann man diese Energie zum Beispiel durch Schwingungen aus Bewegung gewinnen. Ein kleines Bauteil in der Schuhsohle könnte so eine Batterie ersetzen und kleine Energiemengen könnten völlig autark hergestellt werden. Ein weiteres Anwendungsgebiet sind „Surface Acoustic Waves“ (SAW) für Hochfrequenz-Bauteile.

Für diese Bereiche könnte nicht nur das Natrium-Niobat sondern auch andere Alkali-Niobate wie das Kalium-Niobat oder Mischkristalle aus beiden Komponenten eingesetzt werden, was ebenfalls seit kurzem untersucht wird
Derzeit sucht Jutta Schwarzkopf nach einem Industriepartner, damit wir in Zukunft nicht nur bleifrei fahren, sondern auch bleifrei rechnen können.

Kontakt:
Leibniz-Institut für Kristallzüchtung (IKZ)
Dr. Jutta Schwarzkopf
jutta.schwarzkopf@ikz-berlin.de
Tel.: (030) 6392-3053

Gesine Wiemer | Forschungsverbund Berlin e.V.
Weitere Informationen:
http://www.ikz-berlin.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Fraunhofer CSP entwickelt LID-Test für PERC-Zellen
04.05.2016 | Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS

nachricht Schutz für den Schiffsrumpf: Fraunhofer IMWS präsentiert Antifouling-Lack auf der MS Wissenschaft
04.05.2016 | Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Experiment im schwebenden Tropfen

Der genaue Aufbau von Proteinen standardmässig mittels Röntgenstrahlung entschlüsselt. Die beiden Wissenschaftler Soichiro Tsujino und Takashi Tomizaki am Paul Scherrer Institut PSI haben diese Methode nun trickreich weiterentwickelt: Sie haben erfolgreich die Struktur eines Proteins bestimmt, das sich in einem frei in der Luft schwebenden Flüssigkeitstropfen befand. Den Tropfen hielten sie mittels Ultraschall in der Luft. Mit diesem Kniff gelang ihnen die Strukturanalyse bei Raumtemperatur und damit sehr nahe an den natürlichen Bedingungen im Organismus. Ihre Studie haben Soichiro Tsujino und Takashi Tomizaki nun in der Fachzeitschrift Scientific Reports veröffentlicht.

Eine ungewöhnliche Trägersubstanz haben sich zwei Wissenschaftler am Paul Scherrer Institut PSI ausgesucht, um ein Protein zu untersuchen: einen frei...

Im Focus: Sei mit STARS4ALL dabei, wenn Merkur vor die Sonne wandert

2012 war es die Venus, in diesem Jahr ist der Planet Merkur dran, vor der Sonne zu passieren. Für fast acht Stunden werden wir am 9. Mai 2016 die Möglichkeit haben, den Planeten Merkur als kleinen schwarzen Punkt auf der Oberfläche der Sonne durchziehen zu sehen. Das EU-Projekt STARS4ALL, an dem auch das IGB beteiligt ist, wird in Zusammenarbeit mit www.sky-live.tv das Phänomen von Teneriffa und von Island aus live übertragen. STARS4ALL bietet dazu Bildungsmaterial für Schüler an.

Am 9. Mai 2016, um die Mittagszeit, wird der Planet Merkur anfangen, die Scheibe der Sonne zu kreuzen; eine Reise, welche über sieben Stunden dauern wird.

Im Focus: MICROSCOPE sendet

Am Montag, 2. Mai 2016, erreichte die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler vom Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM) der Universität Bremen die erste Erfolgsmeldung von ihrem Forschungs-Satelliten. Per Videoübertragung waren sie zugeschaltet, als die französischen Kollegen das Experiment an Bord von MICROSCOPE (MICRO Satellite à traînée Compensée pour l'Observation du Principe d'Equivalence) initialisierten und das Messinstrument die ersten Testdaten übermittelte. Damit ist der wichtigste Meilenstein der Testphase erreicht, bevor sich herausstellt, ob Einsteins Relativitätstheorie auch nach dieser Satellitenmission noch Bestand haben wird.

“#TSAGE @onera_fr is on. The test masses have been released and servo looped!!!! Great all green“ lautet die Twitter-Nachricht der französischen Partner, die...

Im Focus: Genauester Spiegel der Welt bei European XFEL in Hamburg eingetroffen

Der vermutlich präziseste Spiegel der Welt ist bei European XFEL in der Metropolregion Hamburg eingetroffen. Der 95 Zentimeter lange Spiegel ist ein wichtiges Bauteil des Röntgenlasers, der 2017 in Betrieb gehen soll. Auf den ersten Blick sieht er einem normalen Spiegel durchaus ähnlich, ist jedoch extrem flach und glatt. Die größten Unebenheiten auf seiner Oberfläche haben eine Dimension von gerade einmal einem Nanometer, einem milliardstel Meter. Diese Präzision entspräche einer 40 Kilometer langen Straße, deren maximale Unebenheit gerade einmal so groß ist wie der Durchmesser eines Haars.

Der Röntgenspiegel ist der erste von mehreren, die an unterschiedlichen Stellen der Anlage zum Spiegeln und Filtern des Röntgenlaserstrahls eingebaut werden....

Im Focus: Erste Filmaufnahmen von Kernporen

Mithilfe eines extrem schnellen und präzisen Rasterkraftmikroskops haben Forscher der Universität Basel erstmals «lebendige» Kernporenkomplexe bei der Arbeit gefilmt. Kernporen sind molekulare Maschinen, die den Verkehr in und aus dem Zellkern kontrollieren. In ihrem kürzlich in «Nature Nanotechnology» publizierten Artikel erklären die Forscher, wie bewegliche «Tentakeln» in der Pore die Passage von unerwünschten Molekülen verhindern.

Das Rasterkraftmikroskop (AFM) ist kein Mikroskop zum Durchschauen. Es tastet wie ein Blinder mit seinen Fingern die Oberflächen mit einer extrem feinen Spitze...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

10. Essener Explosionsschutztage am 05.-06. Oktober 2016 mit fachbegleitender Ausstellung

06.05.2016 | Veranstaltungen

Entdeckungsreise durch die Welt der Meere und Ozeane auf dem Ausstellungsschiff MS Wissenschaft

06.05.2016 | Veranstaltungen

Entscheidende Impulsgeber

06.05.2016 | Veranstaltungen

 
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Wie der Fisch Verletzungen des Auges auf zellulärer Ebene regenerieren kann

06.05.2016 | Biowissenschaften Chemie

10. Essener Explosionsschutztage am 05.-06. Oktober 2016 mit fachbegleitender Ausstellung

06.05.2016 | Veranstaltungsnachrichten

Venusfliegenfalle: Vom Opfer zum Angreifer

06.05.2016 | Biowissenschaften Chemie