Erfolgswahrscheinlichkeiten ionischer Platzwechselvorgänge
in anorganischen Gläsern variabler Zusammensetzung

Das oben genannte Teilprojekt des SFB 458 beschäftigt sich mit Erfolgswahrscheinlichkeiten ionischer Sprünge in anorganischen Gläsern, wobei als Messmethoden die Leitfähigkeits- und die NMR-Spektroskopie zum Einsatz kommen. Einerseits werden Gläser untersucht, die nur eine Art beweglicher Kationen enthalten. Durch Variation der Zusammensetzung in einem ausgewählten Glassystem kann der Einfluss der totalen Ionenkonzentration auf die Ionendynamik bestimmt werden. Des weiteren erlaubt der Vergleich verschiedenartiger Glassysteme, die aber die gleiche Art und Anzahldichte beweglicher Kationen enthalten, eine Aussage über den Einfluss der Netzwerkstruktur auf die Ionendynamik. Außerdem soll der Einfluss der relativen Ionenkonzentration ermittelt werden. Dazu werden Gläser untersucht, die im wesentlichen die gleiche Netzwerkstruktur aufweisen und zwei Arten beweglicher Kationen in unterschiedlichen Anteilen enthalten ("Mischalkalisysteme"). Zur Bestimmung der Ionendynamik werden in allen Fällen Leitfähigkeitsspektren über einen möglichst großen Frequenz- und Temperaturbereich aufgenommen werden. Dazu werden Impedanz, Radiowellen-, Mikrowellen-, Ferninfrarot-, und Infrarotspektroskopie kombiniert eingesetzt. Leitfähigkeitsspektren bilden die Ionendynamik in einem Zeitfenster ab, das durch die reziproke Messfrequenz vorgegeben ist. Sie machen sowohl eine Aussage über die Kurzzeit- als auch die Langzeitdynamik ionischer Bewegungen und beschreiben daher den Übergang vom Elementarschritt zum makroskopischen Ionentransport. Man gewinnt somit auch Informationen über die Erfolgswahrscheinlichkeit ionischer Sprünge. Auf der Basis der Leitfähigkeitsspektren soll ein Modell für den lang- und den kurzreichweitigen Ionentransport in unterschiedlichen Glassystemen entwickelt werden. Zusätzlich zu den dynamischen Leitfähigkeitsmessungen ist im Fall der "Mischalkaligläser" die Bestimmung frequenz-abhängiger Spin-Gitter-Relaxationsraten geplant, die mit den dynamischen Leitfähigkeiten verglichen werden können.

Drittmittelgeber:

Deutsche Forschungsgemeinschaft

Beteiligte Wissenschaftler:

Dipl.-Chem Sabine Brückner, HD Dr. Cornelia Cramer, Prof. Dr. Hellmut Eckert, Prof. Dr. Klaus Funke, Dipl.-Chem Yong Gao, Prof. Dr. Helmut Mehrer, Dr. Eva-Maria Ratai, Dr. Bernhard Roling

Veröffentlichungen:

K. Funke, C. Cramer, B. Roling: "Dynamics of Mobile Ions in Glass - What do Conductivity Spectra Tell us?", Glass Science & Technology 73 (2000) 244-254.

U. Schoo, C. Cramer, H. Mehrer: "Tracer Diffusion in Sodium-Rubidium Borate Glasses: An Unconventional Mixed Alkali Effect?", Solid State Ionics 138 (2000) 105-114.

K. Funke, C. Cramer: "Amorphous Materials, Frequency-Dependent Ionic Conductivity", Encyclopedia of Materials, Science and Technology, Herausgeber: S.R. Elliott, in Druck.

U. Schoo, C. Cramer, E. Ratai, H. Mehrer: "Diffusion in Single and Mixed Alkali Borate Glasses", Proceedings of the International Conference on Diffusion in Materials 2000, in Druck.