Domäneneffekte in ferroelektrischen PZT-Keramiken:
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Karlsruhe
Univ.
2006
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| Series: | IKM-Schriftenreihe
046 |
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| adam_text | DOMAENENEFFEKTE IN FERROELEKTRISCHEN PZT-KERAMIKEN ZUR ERLANGUNG DES
AKADEMISCHEN GRADES EINES DOKTORS DER INGENIEURWISSENSCHAFTEN VON DER
FAKULTAET FUER MASCHINENBAU DER UNIVERSITAET KARLSRUHE (TH) GENEHMIGTE
DISSERTATION DIPL.-PHYS. ULRICH J. SUTTER AUS LANDAU I. D. PFALZ TAG DER
MUENDLICHEN PRUEFUNG: 23. DEZEMBER 2005 HAUPTREFERENT: PROF. DR. RER. NAT.
MICHAEL J. HOFFMANN KORREFERENT: PROF. DR. RER. NAT. THOMAS SCHIMMEL
INHALTSVERZEICHNIS INHALTSVERZEICHNIS SYMBOLVERZEICHNIS V 1 EINLEITUNG 1
2 GRUNDLAGEN DER FERROELEKTRIKA 3 2.1 PIEZO-, PYRO UND FERROELEKTRIZITAET
3 2.2 SYMMETRIEEIGENSCHAFTEN 6 2.3 THERMODYNAMIK DER FERROELEKTRIKA 8
2.4 GROESSENEFFEKTE IN FERROELEKTRIKA 12 2.4.1 PARTIKELGROESSENEFFEKTE 12
2.4.2 KORNGROESSENEFFEKTE IN FERROELEKTRISCHEN FILMEN UND KERAMIKEN 13 2.5
BLEIZIRKONAT-TITANAT (PZT) 17 2.5.1 KRISTALLSTRUKTUR UND PHASENDIAGRAMM
17 2.5.2 FELDABHAENGIGE EFFEKTE 19 3 HERSTELLUNG DER PZT-KERAMIKEN UND
GEFUEGECHARAKTERISIE- RUNG 25 3.1 PROBENHERSTELLUNG 25 3.2
PROBENCHARAKTERISIERUNG 27 3.2.1 GEFUEGEUNTERSUCHUNGEN MITTELS REM 27
3.2.2 ELEKTRISCHE GROSSSIGNAL-MESSUNGEN 30 3.2.3 XRD 32 4 UNTERSUCHUNG
DER INTEGRALEN DOMAENENANTWORT: TEMPERATU- INHALTSVERZEICHNIS RABHAENGIGE
MESSUNGEN DER DIELEKTRISCHEN EIGENSCHAFTEN IM KLEINSIGNALBEREICH 37 4.1
GRUNDLAGEN DER IMPEDANZANALYSE 37 4.2 AUFBAU EINES KRYO-MESSSTANDES 38
4.3 DURCHFUEHRUNG DER MESSUNGEN 40 4.4 EXPERIMENTELLE ERGEBNISSE 41 4.4.1
TEMPERATURABHAENGIGE DIELEKTRISCHE EIGENSCHAFTEN DER PROBEN 41 4.5
DISKUSSION 49 4.5.1 SEPARATION VON INTRINSISCHEM UND EXTRINSISCHEM
EFFEKT 50 4.5.2 EINFLUSS DER TEMPERATUR AUF DIE DIELEKTRISCHEN EIGEN-
SCHAFTEN 53 4.5.3 EINFLUSS DER KORNGROESSE 57 4.6 RESUEMEE 58 5
RASTERKRAFTMIKROSKOPISCHE UNTERSUCHUNG FERROELEKTRISCHER DOMAENEN 61 5.1
FERROELEKTRISCHE DOMAENEN 61 5.2 GRUNDLAGEN DER RASTERKRAFTMIKROSKOPIE 64
5.2.1 FUNKTIONSPRINZIP 65 5.2.2 SPITZE-PROBE-WECHSELWIRKUNGEN 67 5.3
AUFBAU EINES SPANNUNGSMODULIERTEN AFMS 72 5.3.1 MESSEINHEIT 72 5.3.2
STEUER- UND KONTROLLEINHEIT 73 5.4 DETEKTION FERROELEKTRISCHER DOMAENEN:
PFM 74 5.5 EXPERIMENTELLE ERGEBNISSE 77 5.5.1 ABBILDUNG
FERROELEKTRISCHER DOMAENEN IN FEINKOER- NIGEN PZT-KERAMIKEN 78 5.5.2
SPS-PROBE 81 5.6 DISKUSSION 82 5.6.1 INTERPRETATION UND REKONSTRUKTION
DER DOMAENENSTRUKTUR 82 5.6.2 DOMAENENUEBERGAENGE 86 INHALTSVERZEICHNIS III
5.6.3 KORNGROESSENEFFEKTE 90 5.7 RESUEMEE 95 6 FERROELEKTRISCHES
DOMAENENUMKLAPPEN 97 6.1 DOMAENENUMKLAPP-PROZESSE 97 6.1.1
UMKLAPPKRITERIEN 98 6.2 BESCHREIBUNG DES AFM-EXPERIMENTS 99 6.3
MIKROSKOPISCHE BEOBACHTUNG DES POLUNGSPROZESSES 102 6.4 DISKUSSION 105
6.4.1 TOPOGRAPHIEAENDERUNG DURCH POLUNGSPROZESS 105 6.4.2
MIKROSTRUKTURELLE VERAENDERUNGEN WAEHREND DES POLUNGS- PROZESSES 107 6.4.3
VERGLEICH AFM-EXPERIMENT-FEM-SIMULATION 108 6.4.4 MODELL ZUR
QUALITATIVEN BESTIMMUNG VON UMGEKLAPP- TEN DOMAENEN AUS AFM-MESSUNGEN 109
6.5 RESUEMEE 118 7 ZUSAMMENFASSUNG 121 8 ANHANG 125 8.1 TENSORKOMPONENTEN
125 8.2 EULER-MATRIX 126 8.3 EULER-WINKEL 126 LITERATURVERZEICHNIS 129
|
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DOMAENENEFFEKTE IN FERROELEKTRISCHEN PZT-KERAMIKEN ZUR ERLANGUNG DES
AKADEMISCHEN GRADES EINES DOKTORS DER INGENIEURWISSENSCHAFTEN VON DER
FAKULTAET FUER MASCHINENBAU DER UNIVERSITAET KARLSRUHE (TH) GENEHMIGTE
DISSERTATION DIPL.-PHYS. ULRICH J. SUTTER AUS LANDAU I. D. PFALZ TAG DER
MUENDLICHEN PRUEFUNG: 23. DEZEMBER 2005 HAUPTREFERENT: PROF. DR. RER. NAT.
MICHAEL J. HOFFMANN KORREFERENT: PROF. DR. RER. NAT. THOMAS SCHIMMEL
INHALTSVERZEICHNIS INHALTSVERZEICHNIS SYMBOLVERZEICHNIS V 1 EINLEITUNG 1
2 GRUNDLAGEN DER FERROELEKTRIKA 3 2.1 PIEZO-, PYRO UND FERROELEKTRIZITAET
3 2.2 SYMMETRIEEIGENSCHAFTEN 6 2.3 THERMODYNAMIK DER FERROELEKTRIKA 8
2.4 GROESSENEFFEKTE IN FERROELEKTRIKA 12 2.4.1 PARTIKELGROESSENEFFEKTE 12
2.4.2 KORNGROESSENEFFEKTE IN FERROELEKTRISCHEN FILMEN UND KERAMIKEN 13 2.5
BLEIZIRKONAT-TITANAT (PZT) 17 2.5.1 KRISTALLSTRUKTUR UND PHASENDIAGRAMM
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GEFUEGECHARAKTERISIE- RUNG 25 3.1 PROBENHERSTELLUNG 25 3.2
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3.2.2 ELEKTRISCHE GROSSSIGNAL-MESSUNGEN 30 3.2.3 XRD 32 4 UNTERSUCHUNG
DER INTEGRALEN DOMAENENANTWORT: TEMPERATU- INHALTSVERZEICHNIS RABHAENGIGE
MESSUNGEN DER DIELEKTRISCHEN EIGENSCHAFTEN IM KLEINSIGNALBEREICH 37 4.1
GRUNDLAGEN DER IMPEDANZANALYSE 37 4.2 AUFBAU EINES KRYO-MESSSTANDES 38
4.3 DURCHFUEHRUNG DER MESSUNGEN 40 4.4 EXPERIMENTELLE ERGEBNISSE 41 4.4.1
TEMPERATURABHAENGIGE DIELEKTRISCHE EIGENSCHAFTEN DER PROBEN 41 4.5
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EFFEKT 50 4.5.2 EINFLUSS DER TEMPERATUR AUF DIE DIELEKTRISCHEN EIGEN-
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RASTERKRAFTMIKROSKOPISCHE UNTERSUCHUNG FERROELEKTRISCHER DOMAENEN 61 5.1
FERROELEKTRISCHE DOMAENEN 61 5.2 GRUNDLAGEN DER RASTERKRAFTMIKROSKOPIE 64
5.2.1 FUNKTIONSPRINZIP 65 5.2.2 SPITZE-PROBE-WECHSELWIRKUNGEN 67 5.3
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STEUER- UND KONTROLLEINHEIT 73 5.4 DETEKTION FERROELEKTRISCHER DOMAENEN:
PFM 74 5.5 EXPERIMENTELLE ERGEBNISSE 77 5.5.1 ABBILDUNG
FERROELEKTRISCHER DOMAENEN IN FEINKOER- NIGEN PZT-KERAMIKEN 78 5.5.2
SPS-PROBE 81 5.6 DISKUSSION 82 5.6.1 INTERPRETATION UND REKONSTRUKTION
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5.6.3 KORNGROESSENEFFEKTE 90 5.7 RESUEMEE 95 6 FERROELEKTRISCHES
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QUALITATIVEN BESTIMMUNG VON UMGEKLAPP- TEN DOMAENEN AUS AFM-MESSUNGEN 109
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