3. Eigenschaften und Anwendungen von Festkörpern

Fast alle Anwendungen der Festkörper gehen auf kollektive physikalische Eigenschaften zurück, die im wesentlichen zwei Gruppen zugeordnet werden können.

Bei hohen Transportwiderständen kommt es bei Einwirkung von Eigenschaftsgradienten/Feldern auf den Festkörper zu Polarisationseffekten, die entweder proportional zur Größe des angelegten Felds/Gradienten sind (z.B. Dielektrika, mechanische Eigenschaften sehr weit vom Bruch, Diamagnetismus) oder die als ferroisch bezeichnet werden, d.h. eine typische Hysterese zeigen (Feld/Gradient und Polarisation nicht mehr proportional zueinander). Für diese erste Gruppe von Eigenschaften ist die Kristallographie (Tensoren!) ein wichtiges Kriterium.
Die zweite Gruppe von Eigenschaften und daraus resultierende Anwendungen sind Transporteffekte, d.h. der Widerstand bei Feld/Gradienteneinwirkung ist gering, z.B. Bewegung von Elektronen (Leiter, Halbleiter, Supraleiter), Ionen (Ionenleiter, Festelektrolyte), Molekülen (Katalyse) oder ganzen Festkörperteilen (mechanische Eigenschaften weit ab von der Elastizität).
In beiden Fällen müssen auch Temperatur- bzw. Frequenzabhängigkeit (z.B. Optik) betrachtet werden.

Viele weitere Materialien zur Anwendung von Festkörpern in der Technik finden sich auch bei der Vorlesung Angewandte Festkörperchemie.

Unterkapitel

Materialien

3.1. Einleitung (Anisotropie, Kristallographie, Tensor-Eigenschaften)

Polarisation: Linearer, nichtlinearer und ferroischer Response (SVG, VL 3.1.)

3.2. Polarisationseffekte (statischer Response)

Elektrische Polarisation: Dielektrika, inkl. Piezo/Pyro/Ferro-Elektrika
- Kristallographische Voraussetzungen für besondere Effekte in Dielektrika (SVG, VL 3.2.) und ev. Wdh. der Gruppierung der Kristallklassen nach Eigenschaften
- NaNO₂ ferro/para-elektrische Phasen (SVG, VL 3.2.)
- ADP und KDP ferro/anti/para-elektrische Phasen (SVG, VL 3.2.)
- Phasendiagramm PbZrO₃ - PbTiO₃ (SVG, VL 3.2.)
- PbZrO₃: Doppelhysterese (SVG, VL 3.2.)
- LiNbO₃: Polyederdarstellung bzw. mit Polarisation (VRML, VL 3.2.)
- BaTiO₃: mit Polarisation (VRML, VL 3.2.)
Magnetische Eigenschaften
Mechanische Eigenschaften (elastisch)
Optische Eigenschaften

3.3. Transportphänomene (dynamischer Response)

Einleitung, Gemeinsamkeiten
Wärmeleitfähigkeit
Elektronische Leitfähigkeit

Niederdimensionale metallische Leiter
Halbleiter
- Bandlücken
- Energien, Spektren, optische Materialien
Supraleiter
- Supraleitende Elemente (SVG)
- Nb₃Sn
- C₆₀ in K₃C₆₀
- PbMo₆S₈ (Chevrell-Phasen)
- MgB₂ (AlB₂-Typ)
- Weitere Infos zu MgB₂ (mit Animated-Gifs des wichtigsten Phonons)
- CaTiO₃
- La_1.8CuO₄ (K₂NiF₄-Typ)
- YBa₂Cu₃O₇
- HgBa₂Ca₂Cu₃O₈
- Tl₂Ba₂Ca₂Cu₃O₁₀
- Video zum Meissner-Effekt
Ionen-Leitfähigkeit
- Ionenleitfähigkeiten verschiedener Festelektrolyte (T-Abhängigkeit)
- Klassifizierung von Punktdefekten (SVG)
- α-AgI (VRML)
- RbAg₄I₅ (Link zur Strukturtypensammlung, VRML)
- ZrO₂-CaO-Phasendiagramm (SVG)
- Anwendungen von ZrO₂ (SVG)
- Aluminium-Oxide (Link zur Metall-Vorlesung)
- ß-Alumina (nur Oxid als Kugeln, statisch)
- ß-Alumina (schematisch, SVG)
- Na-S-Zelle (Aufbau und Phasendiagramm Na-S, SVG)
- Potentiale bei verschiedenen Batteriesystemen (SVG)
- LiNiO₂ (VRML)
- CsC₈ (VRML)
- Skizze Zn-Kohle-Batterie
- Foto Lambda-Sonde
- Inside the NiMH-Battery
- Li-Ionen-Battery
- Li-Metalloxid-Zellen (mit Erklärung)
- Varta: Informative Seiten zu Batterien
Mechanische Eigenschaften (Bruch, Transport)
Heterogene Katalysatoren
- Strukturen von Zeolithen
- Schichtsilicat (T-O-T)
- Keggin-Ion als Pillar
- kleiner Kat
- Fotos div. Kats (langsame chinesische Seite)
- Pd-Kat-Körner auf SiO₂
- Aufbau eines Auto-Kats
- Foto Autokatalysator
- Foto Eisen-Zeolith-Kat.
- Ammoniak Reaktor

Vorlagen

3.1. Einleitung (Anisotropie, Kristallographie, Tensor-Eigenschaften)
- Vorlage 3.1.: Übersicht (PS, PDF)
3.2. Polarisationseffekte
- Vorlage 3.2.: Beispiel Dielektrika I (PS, PDF)
- Vorlage 3.3.: Beispiel: Dielektrika II (PS, PDF)

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Inhalt

1. Bau + Strukturen

2. Reaktionen + Synthesen

3. Eigenschaften + Anwendungen

Oxide

AFP