Sonderforschungsbereiche
Sonderforschungsbereich 458 - Ionenbewegung in Materialien mit ungeordneten Strukturen -
vom Elementarschritt zum makroskopischen Transport -
B9 - PD Dr. B. Roling

Mischkationeneffekte in Glas: lokale Platzwechseldynamik

Im Rahmen dieses Teilprojektes wird die mikroskopische Platzwechseldynamik unterschiedlich beweglicher Kationensorten in Mischkationengläsern, insbesondere in Alkali-Erdalkali-Silikatgläsern, untersucht. Solche Gläser finden breite technische Anwendung, u. a. als Fenster- und Displaygläser. Die Platzwechseldynamik der Ionen beeinflusst viele Materialeigenschaften, wie z. B. die elektrischen und die mechanischen Eigenschaften und das thermische Ausdehnungsverhalten. Deshalb ist es von großem Interesse, die mikroskopischen Mechanismen des Ionentransportes besser zu verstehen.

Als experimentelle Methoden werden die mechanische Verlustspektroskopie, die elektrische Leitfähigkeitsspektroskopie und die Kernresonanzspektroskopie eingesetzt. Mit Hilfe der mechanischen Verlustspektroskopie können die Platzwechselprozesse der unterschiedlich beweglichen Ionensorten detektiert und deren Aktivierungsenergien bestimmt werden. Elektrische Leitfähigkeitmessungen liefern zusätzliche Informationen über die mikroskopische Dynamik der beweglichsten Ionensorte. Kernresonanzspektroskopische Messungen erlauben Rückschlüsse auf das strukturelle Umfeld und auf die räumliche Verteilung der Kationen .

Bei den untersuchten Gläsern werden die Konzentrationen und die Arten der beweglichen Ionen variiert. Außerdem wird die Ionendynamik in konventionell hergestellten Mischkationengläsern mit der in ionenausgetauschten Gläsern verglichen. Ziel ist es, neue Erkenntnisse zu gewinnen über den Einfluss der Glasstruktur auf die Ionendynamik und über die wechselseitige Beeinflussung der unterschiedlichbeweglichen Ionensorten.

Drittmittelgeber:

Deutsche Forschungsgemeinschaft

Beteiligte Wissenschaftler:

Dipl.-Chem. Christoph Martiny, Dr. Sevi Murugavel, Prof. Dr. Malcolm D. Ingram, Dr. David Sidebottom, Dr. Manfred Dubiel, Prof. Dr. Klaus Funke, Dr. Cornelia Cramer

Veröffentlichungen:

B. Roling, C. Martiny, S. Brückner: Ion transport in glass: Influence of the glassy structure on the spatial extent of nonrandom ion hopping, Phys. Rev. B 63 (2001) 214203.

B. Roling: Mechanical loss spectroscopy on inorganic glasses and glass ceramics, Current opinion in solid state and materials science 5 (2001) 203.

D. L. Sidebottom, B. Roling, K. Funke: Ionic conduction in solids: Comparing conductivity and modulus representations with regard to scaling properties, Phys. Rev. B 63 (2001) 024301.

B. Roling, C. Martiny, S. Murugavel: Ionic conduction in glass: New information about the interrelation between the Jonscher behavior and the nearly-constant-loss behavior from broadband conductivity spectra, Phys. Rev. Lett. 87 (2001) 085901.

B. Roling: Modeling of ion transport processes in disordered solids: Monte Carlo simulations on the low-temperature particle dynamics in the random barrier model, Phys. Chem. Chem. Phys. 3 (2001) 5093.

F. Natrup, H. Bracht, C. Martiny, S. Murugavel, B. Roling: Diffusion of calcium and barium in alkali alkaline-earth silicate glasses, Phys. Chem. Chem. Phys. 4 (2002) 3225.

C. Martiny, S. Murugavel, B. Roling, F. Natrup, H. Bracht, M. D. Ingram: Mobilities of divalent ions in glass, Glass Technol. 43C (2002) 309.

B. Roling: Hopping dynamics of ions and polarons in disordered materials: On the potential of nonlinear conductivity spectroscopy, J. Chem. Phys. 117 (2002) 1320.

B. Roling, C. Martiny, S. Murugavel: Comment on 'Ionic conduction in glass: New information on the interrelation between the Jonscher behavior and the nearly-constant-loss behavior from broadband conductivity spectra' - Reply, Phys. Rev. Lett. 89 (2002) 079602.

S. Murugavel, B. Roling: Ionic conductivity in alkali tellurite glasses: Composition-dependent deviations from the Summerfield scaling, Phys. Rev. Lett. 89 (2002) 195902.

B. Roling, K. Funke: Conductivity spectra of ion conducting materials: On the physical meaning of different scaling approaches and of the BNN relation, Recent Research Developments in Non-Crystalline Solids, 2 (2002) 299.

B. Roling: Conductivity spectra of disordered ionic conductors: Calculating the time-dependent mean square displacement of the mobile ions, Dielectric Newsletter, Issue November 2002.