Mechanische Verlustspektroskopie an Mischionengläsern

Fast alle Gläser mit technischem Anwendungspotential enthalten mehrere unterschiedlich bewegliche Ionensorten. Ein bekanntes Beispiel für solche "Mischionengläser" sind Alkali-Erdalkali-Gläser, die u.a. als Fenstergläser eingesetzt werden. Die Dynamik der beweglichen Ionen beeinflusst nicht nur die elektrischen Eigenschaften der Gläser, sondern auch viele andere Materialeigenschaften, wie z.B. das mechanische Verhalten und das thermische Ausdehnungsverhalten. Es ist deshalb überraschend, dass die Ionendynamik in Mischionengläsern, insbesondere in Alkali-Erdalkali-Gläsern, bisher recht wenig untersucht ist. Mit Hilfe von frequenz- und temperaturabhängigen mechanischen Verlustmessungen sind wir in der Lage, die Platzwechselvorgänge der unterschiedlichen Ionensorten in einem Experiment zu detektieren und die Platzwechselraten und deren Aktivierungsenergien zu bestimmen. Durch die Untersuchung der Ionendynamik in Abhängigkeit von der Zusammensetzung (Ionenkonzentrationen, Art der beweglichen Ionen) konnten neue Erkenntnisse zum Mechanismus der Ionenleitung in Mischionengläsern und insbesondere auch zur Rolle der Erdalkaliionen in Gläsern gewonnen werden. Es konnte beispielsweise gezeigt werden, dass die Beweglichkeit von Erdalkaliionen überraschend stark von der Konzentration und von der Art der Alkaliionen im Glas abhängt. - Weiterhin wurden in Zusammenarbeit mit der Firma Schott Untersuchungen zum Zusammenhang zwischen den mechanischen Verlusten von Mischionengläsern und deren anomalem thermischem Ausdehnungsverhalten (Thermometereffekt) durchgeführt. Die Ergebnisse weisen darauf hin, dass der Thermometereffekt grundsätzlich aus mechanischen Verlustdaten vorausberechnet werden kann.

Drittmittelgeber:

Deutsche Forschungsgemeinschaft (SFB 458), Alexander-von-Humboldt-Stiftung, Zusammenarbeit mit der Firma Schott, Mainz, Zuschüsse: Fonds der Chemischen Industrie)

Beteiligte Wissenschaftler:

Dr. U. Fotheringham, Dr. A. Happe, Prof. Dr. M.D. Ingram, Dr. B. Roling, Dr. S. Murugavel, C. Martiniy

Veröffentlichungen:

Roling, B., A. Happe, M.D. Ingram, K. Funke: Interrelation between Different Mixed Cation Effects in the Electrical Conductivity and Mechanical Loss Spectra of Ion Conducting Glasses, J. Phys. Chem. B 103, 4122, 1999

Roling, B., M.D. Ingram: Mixed Alkaline-Earth Effects in Ion Conducting Glasses, J. Non-Cryst. Solids 265, 113, 2000

Roling, B., C. Martiny: Low-Temperature Relaxations in Glasses and the Thermometer Effect, Glastech. Ber. Glass Sci. Technol. 73, 410, 2000