Fachbereich 12 - Chemie und Pharmazie
Institut für Physikalische Chemie
Prof. Dr. K. Funke

Ionendynamik und Transportverhalten glasbildender ionischer Schmelzen

Fragile glasbildende Schmelzen zeigen die bisher schlecht verstandene Vogel-Fulcher-Tammann-artige Temperaturabhängigkeit von Viskosität und ionischer Leitfähigkeit. Wie wir zeigen konnten, geht dieses Verhalten mit steigender Frequenz im dispersiven Bereich der ionischen Leitfähigkeit in ein "normales" Verhalten mit Arrhenius-artiger thermischer Aktivierung über. Zweitens konnten wir in einem Zeitfenster von weniger als einer Picosekunde aufgrund von Leitfähigkeits-Spektren die Existenz thermisch aktivierter Platzwechselvorgänge nachweisen. Aus der Temperaturabhängigkeit der hochfrequenten Anteile der Spektren ergab sich drittens, dass auf einen derartigen Platzwechselvorgang im Normalfall ein nicht aktiviertes Zurückrollen folgt. Dieses Resultat steht im Einklang mit strukturellen Vorstellungen für fragile Schmelzen, nach denen für die beweglichen Ionen keine vorgefertigten Nachbarplätze existieren.

Das Konzept der Fehlanpassung und Relaxation (Concept of Mismatch and Relaxation, CMR) beschreibt alle wesentlichen Züge der Ionendynamik in fragilen Schmelzen. Vor allem ist es imstande, die Kurzzeitdynamik der Ionen mit ihrer Langzeitdynamik zu verknüpfen. Auf diese Weise gelingt es insbesondere, die Temperaturabhängigkeit der Gleichstromleitfähigkeit zwanglos aus der Arrhenius-artigen Temperaturabhängigkeit der Hochfrequenz-Leitfähigkeit herzuleiten. Auf diese Weise erhalten wir eine einfache Gleichung, die an die Stelle der Vogel-Fulcher-Tammann Beziehung tritt. Unsere Gleichung ist in hervorragender Übereinstimmung mit den experimentellen Daten und weist im Gegensatz zur Vogel-Fulcher-Tammann Beziehung keine Singularität der Temperaturableitung der Leitfähigkeit auf.

Drittmittelgeber:

Deutsche Forschungsgemeinschaft (SFB 458), Zuschüsse: Fonds der Chemischen Industrie

Beteiligte Wissenschaftler:

Dr. R.D. Banhatti, Dr. S. Brückner, HD Dr. C. Cramer, Prof. Dr. K. Funke, Dr. B. Heimann, C. Krieger, Dr. A. Mandanici, Dr. C. Martiny, Dr. I. Ross, Dr. M. Vering, HD Dr. D. Wilmer

Veröffentlichungen:

Funke, K., B. Heimann, M. Vering, D. Wilmer: Concept of Mismatch and Relaxation Explains DC and AC Conductivities of Fragile Glass-Forming Melts, J. Electrochem. Soc. 148, A395, 2001

Funke, K., R.D. Banhatti, C. Cramer, D. Wilmer: Dynamics of Mobile Ions in Crystals, Glasses and Melts, Described by the Concept of Mismatch and Relaxation, Solid State Ionics 154-155, 65, 2002

Funke, K., R.D. Banhatti, S. Brückner, C. Cramer, C. Krieger, A. Mandanici, A. Martiny, I. Ross: Ionic Motion in Materials with Disordered Structures - Conductivity Spectra and the Concept of Mismatch and Relaxation, Phys.Chem.Chem.Phys. 4, 3155, 2002

Funke, K., C. Cramer, D. Wilmer: Concept of Mismatch and Relaxation for Self-Diffusion and Conduction in Ionic Materials with Disordered Structures, in: Diffusion in Condensed Matter, J. Kärger, P. Heitjans, R. Haberlandt eds., Vieweg, Braunschweig/Wiesbaden, 2003