Compositionally Complex Ceramics (C³)
Keramische Materialien mit hoch-entropischen Untergittern

Die C³-Aktivitäten befassen sich mit grundlegenden Aspekten der Herstellung von mehrkomponentigen äquiatomaren Nitriden und Carbonitriden sowie mit der Bewertung ausgewählter struktureller und funktioneller Eigenschaften. Somit wird die relativ unerforschte Klasse nichtoxidischer, zusammensetzungskomplexer Keramiken, d. h. Metallnitride, Metallcarbide und Metallcarbonitride, ins Auge gefasst.

Compositionally Complex Ceramics (C³)

Förderung: Heisenberg Programm der Deutschen Forschungsgesellschaft (DFG)

PI: PD Dr. Emanuel Ionescu

Förderungszeitraum: 2019 – 2024

weitere Informationen:

„Exploring the complexity of high-entropy ceramics“, Research Features, DOI: 10.26904/RF-138-1787611554

Während mehrkomponentige äquiatomare Metalllegierungen (auch als hochentropische Legierungen bezeichnet) bekannt sind und seit Anfang der 2000er Jahre intensiv untersucht wurden, sind analoge nichtmetallische anorganische Verbindungen relativ unbekannt und kaum untersucht.

Während das Konzept der entropischen Stabilisierung in oxidischen Mehrkomponentensystemen bereits in den 60er Jahren des letzten Jahrhunderts eingeführt und diskutiert wurde, wurden erst kürzlich mehrere Studien zu ihrer rationalen Synthese sowie zu ihren strukturellen und funktionellen Eigenschaften veröffentlicht. Neben neueren Studien zur Präparation von mehrkomponentigen äquiatomaren Materialien auf Carbid- und Boridbasis sind in der Literatur weniger Informationen über die Synthese und Eigenschaften nichtoxidischer entropiestabilisierter anorganischer Materialien wie Nitride oder Carbonitride verfügbar.

Die C3-Aktivitäten befassen sich mit grundlegenden Aspekten der Herstellung von mehrkomponentigen äquiatomaren Nitriden und Carbonitriden sowie mit der Bewertung ausgewählter struktureller und funktioneller Eigenschaften (siehe Abbildung unten). Somit wird die relativ unerforschte Klasse nichtoxidischer, zusammensetzungskomplexer Keramiken, d. h. Metallnitride, Metallcarbide und Metallcarbonitride, ins Auge gefasst.

Die Forschung berücksichtigt grundlegende Aspekte im Zusammenhang mit dem präparativen Zugang zu diesen Materialien sowie der Bewertung ihrer ausgewählten strukturellen und funktionellen Eigenschaften. Folgende Hauptforschungsziele für C3 wurden definiert:

  • Entwicklung optimierter und zuverlässiger Syntheseprotokolle für zusammensetzungskomplexe Metallnitride, Metallcarbide und Metallcarbonitride – hier stehen molekulare Präparationswege im Mittelpunkt der Forschung.
  • Durchführung umfassender struktureller Charakterisierung der vorbereiteten Materialien. Eine hier zu beantwortende Frage ist, ob es in zusammensetzungskomplexen nichtoxidischen Keramiken eine entropische Stabilisierung gibt und wie beispielsweise die Konfigurationsentropie dieser Systeme experimentell erfasst werden kann.
  • Untersuchung ausgewählter struktureller und funktioneller Eigenschaften von äquiatomaren nichtoxidischen Mehrkomponentenkeramiken – in diesem Zusammenhang soll beispielhaft die einzigartige Rolle der Konfigurationsentropie bei der orthogonalen Einstellung und Modulierung (oder Etablierung neuer) physikalisch-chemischer Eigenschaften nichtoxidischer Keramiken aufgezeigt werden.

Projekte

  • „Single-source-precursor synthesis and structural characterization of compositionally complex carbides and carbonitrides“, Ms. Bindu Madhavi Jella – Master Thesis (DAAD) in cooperation with IIT Madras
  • „Precursor-Derived Ultrahigh Temperature Ceramics for Use in Ultraharsh Environments“, Mr. Aasir Rashid Bhat – Master Thesis
  • „Single-Source-Precursor Synthesis of Ruddlesden-Popper-Type Metal Oxides and Oxynitrides“, Ms. Maryam Tahir – Master Thesis
  • „Ultrahigh-Temperature Ceramics (UHTCs) with Highly Entropic Sublattices“, Ms. Li Wang – Master Thesis
  • “Solvent-Deficient Synthesis of Novel Compositionally Complex AMN2-Type Layered Nitrides”, Mr. Po-Yu Yang – Master Thesis