Sonderforschungsbereiche
Sonderforschungsbereich 458 - Ionenbewegung in Materialien mit ungeordneten Strukturen -
vom Elementarschritt zum makroskopischen Transport -
B6 - HD Dr. C. Cramer-Kellers

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:

Dr. Radha Banhatti, Dr. Renaud Belin (Montpellier), Dipl. Chem. Sabine Brunklaus, geb. Brückner, HD Dr. Cornelia Cramer, Prof. Dr. Klaus Funke, Dipl. Chem. Yong Gao, Christoph Krieger, Dr. A. Mandanici (Messina), Dr. Christoph Martiny, Prof. Dr. Hellmut Mehrer, Dr. Annie Pradel (Montpellier), Dr. Eva-Maria Ratai, Dipl. Phys. Igor Ross, Dr. Ulrich Schoo, Dr. Gilles Taillades

Veröffentlichungen:

U. Schoo, C. Cramer, E. Ratai, H. Mehrer. "Diffusion in Single and Mixed Alkali Borate Glasses", Defect and Diffusion Forum 194 - 199 (2001).

K. Funke, C. Cramer. "Amorphous Materials, Frequency-Dependent Ionic Conductivity" in Encyclopedia of Materials, Science and Technology, Editors: K. H. J. Buschow, R. W. Cahn, M. C. Flemings, B. Ilschner, E. J. Kramer, S. Mahajan, Elsevier, Oxford, 2001, vol. 1, 189 - 194.

C. Cramer, S. Brückner, Y. Gao, K. Funke, R. Belin, G. Tai lla des, A. Pradel. "Dynamics of Mobile Ions in Inorganic Glasses", J. Non-Cryst. Solids 307 - 310 (2002) 905 - 912.

K. Funke, S. Brückner, C. Cramer, D. Wilmer. "Dynamics of Mobile Ions in Solid Electrolytes - Conductivity Spectra and the Concept of Mismatch and Relaxation", J. Non-Cryst. Solids 307 - 310 (2002) 921 - 929.

K. Funke, R.D. Banhatti, S. Brückner, C. Cramer, C. Krieger, A. Mandanici, C. Martiny, I. Ross. "Ionic motion in materials with disordered structures - Conductivity spectra and the Concept of Mismatch and Relaxation", Physical Chemistry Chemical Physics 4 (2002) 3155   3167.

C. Cramer, S. Brückner, Y. Gao, K. Funke. "Ion Dynamics in Mixed Alkali Glasses", Physical Chemistry Chemical Physics 4 (2002) 3214 - 3218.

K. Funke, R.D. Banhatti, S. Brückner, 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 (2002) 65 - 74.

K. Funke, C. Cramer, D. Wilmer. "Concept of Mismatch and Relaxation for Self-Diffusion and Conductivity in Ionic Materials with Disordered Structures", accepted for publication in 2002 as a chapter in Diffusion in Condensed Matter (2. Edition), Springer Verlag, Editors J. Kärger, P. Heitjans, R. Haberlandt.