Joint project
SPP 1415 TP - Kristalline oxidische Nichtgleichgewichtsphasen: Präparation, Keimbildung, Wachstum und Stabilität
Funder: German Research Foundation
Period: 2012-2017
URI: https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/143423126
Detailed description:
Auch heute ist es nahezu unmöglich, gezielt neue stabile und vor allem metastabile kristalline Phasen zu präparieren. Dies ist darauf zurückzuführen, dass ein tiefer gehendes atomistisches Verständnis der strukturbildenden Vorgänge fehlt, die bei der "Geburtsstunde kristalliner Festkörper ablaufen, nämlich der Keimbildung und des Kristallwachstums. Dieses fehlende Verständnis der Elementarschritte bei der Bildung eines Feststoffes ist der wesentliche Grund, warum bisher ein Großteil der von der Theorie als existenzfähig vorhergesagten, kristallinen Festkörper präparativ nicht zugänglich ist. Daher kann das diesen Verbindungen innewohnende Potenzial für die Entwicklung neuer Materialien mit bisher nicht erreichbaren Eigenschaften nicht nutzbar gemacht werden. Wachstum und Wohlstand im 21. Jahrhundert werden aber ganz wesentlich getrieben werden von Innovationen und Neuentwicklungen bei der Materialsynthese. Erst auf der Basis verbesserter oder neuer Materialeigenschaften können die Produkte von morgen entwickelt werden. In diesem Schwerpunktprogramm werden die rasanten Fortschritte und Erkenntnisse sowohl bei der in-situ-Analytik als auch der theoretischen Untersuchung der Primärschritte der Strukturbildung gebündelt, um interdisziplinär ein atomistisches Verständnis zu entwickeln. Dieses vertiefte Verständnis der Bildungsmechanismen ist für die präparativ orientierten Arbeitsgruppen die wesentliche Grundlage für die Weiterentwicklung des synthetischen Methodenarsenals mit dem erklärten Ziel einer Lenkung der strukturbildenden Vorgänge in Richtung metastabiler kristalliner Festkörper.
Mit dem Schwerpunktprogramm soll der offenkundige Mangel im Verständnis der fundamentalen Einzelschritte bei der Bildung kristalliner Feststoffe behoben werden. Zusätzlich soll das Schwerpunktprogramm helfen, die notwendigen Grundlagen für besser planbare Synthesen metastabiler kristalliner Feststoffe zu erarbeiten.
Im Rahmen dieses Projektes dreier Arbeitsgruppen mit zwei weiteren Kooperationspartnern mit komplementären Arbeitsweisen und -methoden aus Physikalischer Chemie, Festkörperphysik und Theorie sollen die Phasenentstehung (ausgehend von der Keimbildung) und das Phasenwachstum bzw. die Phasenentwicklung in ionischen und meist nichtstöchiometrischen festen Lösungen studiert werden. Ziel des Projektes ist die Beantwortung grundsätzlicher Fragen zum Einfluss von Substrat und Matrix auf die Phasenbildung und die nachfolgenden Wachstumsschritte sowie die mögliche Steuerung dieser Prozesse: a) Welchen Einfluss hat die Festkörpermatrix auf die Keimbildung und das Phasenwachstum? b) Welche Reaktionswege durchläuft ein festes und ggf. stark nichtstöchiometrisches Nichtgleichgewichtssystem auf dem Weg zum Gleichgewicht und werden hierbei kristalline Nichtgleichgewichtsphasen intermediär gebildet? c) Können elektrochemische Methoden dazu dienen, Keimbildung und Reaktionswege gezielt zu beeinflussen? d) Welchen Einfluss haben Fremdatome in hohen Konzentrationen auf die Phasenbildung und stabilität? Die Präparationsmethoden der drei Gruppen sind komplementär (Sputtern, PLD, Elektrochemie, Hochtemperaturchemie, Plasmachemie), und jede der drei Gruppen hat im Bereich der Charakterisierungsverfahren einander ergänzende Methoden zur Verfügung. Höchstauflösende Elektronenmikroskopie und theoretische Rechnungen werden durch zwei Kooperationspartner zusätzlich eingebracht. Die Experimente konzentrieren sich ausdrücklich nicht auf dünne Schichten. Es werden grundsätzlich Proben untersucht, die Dicken im Bereich von mindestens 1 μm haben und damit Bulk-Materialien sind. Die umfangreichen Erfahrungen der drei Arbeitsgruppen im Bereich der Modellierung von festkörperkinetischen Prozessen, von fehlgeordneten Festkörpern und der physikalisch/chemischen Charakterisierungsverfahren sollen darüber hinaus in die Zusammenarbeit mit anderen Projekten im Bereich der anorganischen Nichtgleichgewichtsphasen eingebracht
Auch heute ist es nahezu unmöglich, gezielt neue stabile und vor allem metastabile kristalline Phasen zu präparieren. Dies ist darauf zurückzuführen, dass ein tiefer gehendes atomistisches Verständnis der strukturbildenden Vorgänge fehlt, die bei der "Geburtsstunde kristalliner Festkörper ablaufen, nämlich der Keimbildung und des Kristallwachstums. Dieses fehlende Verständnis der Elementarschritte bei der Bildung eines Feststoffes ist der wesentliche Grund, warum bisher ein Großteil der von der Theorie als existenzfähig vorhergesagten, kristallinen Festkörper präparativ nicht zugänglich ist. Daher kann das diesen Verbindungen innewohnende Potenzial für die Entwicklung neuer Materialien mit bisher nicht erreichbaren Eigenschaften nicht nutzbar gemacht werden. Wachstum und Wohlstand im 21. Jahrhundert werden aber ganz wesentlich getrieben werden von Innovationen und Neuentwicklungen bei der Materialsynthese. Erst auf der Basis verbesserter oder neuer Materialeigenschaften können die Produkte von morgen entwickelt werden. In diesem Schwerpunktprogramm werden die rasanten Fortschritte und Erkenntnisse sowohl bei der in-situ-Analytik als auch der theoretischen Untersuchung der Primärschritte der Strukturbildung gebündelt, um interdisziplinär ein atomistisches Verständnis zu entwickeln. Dieses vertiefte Verständnis der Bildungsmechanismen ist für die präparativ orientierten Arbeitsgruppen die wesentliche Grundlage für die Weiterentwicklung des synthetischen Methodenarsenals mit dem erklärten Ziel einer Lenkung der strukturbildenden Vorgänge in Richtung metastabiler kristalliner Festkörper.
Mit dem Schwerpunktprogramm soll der offenkundige Mangel im Verständnis der fundamentalen Einzelschritte bei der Bildung kristalliner Feststoffe behoben werden. Zusätzlich soll das Schwerpunktprogramm helfen, die notwendigen Grundlagen für besser planbare Synthesen metastabiler kristalliner Feststoffe zu erarbeiten.
Im Rahmen dieses Projektes dreier Arbeitsgruppen mit zwei weiteren Kooperationspartnern mit komplementären Arbeitsweisen und -methoden aus Physikalischer Chemie, Festkörperphysik und Theorie sollen die Phasenentstehung (ausgehend von der Keimbildung) und das Phasenwachstum bzw. die Phasenentwicklung in ionischen und meist nichtstöchiometrischen festen Lösungen studiert werden. Ziel des Projektes ist die Beantwortung grundsätzlicher Fragen zum Einfluss von Substrat und Matrix auf die Phasenbildung und die nachfolgenden Wachstumsschritte sowie die mögliche Steuerung dieser Prozesse: a) Welchen Einfluss hat die Festkörpermatrix auf die Keimbildung und das Phasenwachstum? b) Welche Reaktionswege durchläuft ein festes und ggf. stark nichtstöchiometrisches Nichtgleichgewichtssystem auf dem Weg zum Gleichgewicht und werden hierbei kristalline Nichtgleichgewichtsphasen intermediär gebildet? c) Können elektrochemische Methoden dazu dienen, Keimbildung und Reaktionswege gezielt zu beeinflussen? d) Welchen Einfluss haben Fremdatome in hohen Konzentrationen auf die Phasenbildung und stabilität? Die Präparationsmethoden der drei Gruppen sind komplementär (Sputtern, PLD, Elektrochemie, Hochtemperaturchemie, Plasmachemie), und jede der drei Gruppen hat im Bereich der Charakterisierungsverfahren einander ergänzende Methoden zur Verfügung. Höchstauflösende Elektronenmikroskopie und theoretische Rechnungen werden durch zwei Kooperationspartner zusätzlich eingebracht. Die Experimente konzentrieren sich ausdrücklich nicht auf dünne Schichten. Es werden grundsätzlich Proben untersucht, die Dicken im Bereich von mindestens 1 μm haben und damit Bulk-Materialien sind. Die umfangreichen Erfahrungen der drei Arbeitsgruppen im Bereich der Modellierung von festkörperkinetischen Prozessen, von fehlgeordneten Festkörpern und der physikalisch/chemischen Charakterisierungsverfahren sollen darüber hinaus in die Zusammenarbeit mit anderen Projekten im Bereich der anorganischen Nichtgleichgewichtsphasen eingebracht
Coordinating organisation / Consortium Leader
- Kiel University
- University of Bayreuth
Cooperation partners with funding
1 of 6
- Cardiff University
- Chemnitz University of Technology
- Federal Institute For Materials Research and Testing
- Freie Universität Berlin
- Friedrich-Alexander-University Erlangen-Nürnberg
