Einfluss des Typs der Akzeptordotierung auf die elektrische Leitfähigkeit von Natrium-Bismuth-Titanat
Eine kombinierte experimentell-theoretische Untersuchung
16.03.2022 von K. Albe
Feste Lösungen von Natriumbismuttitanat (NBT) gehören zu den leistungsstärksten bleifreien dielektrischen Keramiken, die für die Energiespeicherung geeignet sind. Die Defektchemie von NBT ist jedoch sehr komplex, und Akzeptordotierung kann zu einer unerwarteten und außerordentlich hohen Sauerstoffionenleitfähigkeit führen. Dies kann auf eine nichtlineare Änderung der Bildung von Defektassoziaten zwischen Akzeptor und Sauerstoffleerstelle mit zunehmender Akzeptordotierung zurückgeführt werden. Unter Verwendung verschiedener Akzeptor-Dotanden mit unterschiedlichen Konzentrationen klären wir in dieser Arbeit die Wechselwirkung zwischen Akzeptoren und Sauerstoffleerstellen auf. Mit Hilfe von Gesamtenergieberechnungen basierend auf Dichtefunktionaltheorie und Molekulardynamiksimulationen können die experimentell beobachteten Unterschiede in der Leitfähigkeit erklärt werden.
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Vergleich der Bulk-Leitfähigkeit bei 500 °C für verschiedene Dotierstoffe und Konzentrationen. -
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Arrhenius plots of the bulk conductivity obtained from temperature dependent impedance spectroscopy of a) Mg-doped NBT, b) Fe-doped NBT, and c) Al-doped NBT. -
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Bindungsenergie zwischen der Sauerstoffleerstelle und einem Akzeptor-Dotierstoff (Mg, Al und Fe) auf der regulären B-Stelle nach Relaxation in der R3-Struktur. Das Schema oben zeigt die Koordinationsschalen, an denen die Berechnungen durchgeführt wurden.
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