Wiegand, Sebastian (2014)
Herstellung und Charakterisierung Sol-Gel basierter Kalium-Natrium-Niobat-Schichten.
TU Darmstadt
Ph.D. Thesis, Primary publication

Abstract

Ferroelektrika werden in zahlreichen technischen Anwendungen als Aktoren und Sensoren eingesetzt. Das mit Abstand am häufigsten eingesetzte Material ist hierbei PZT. Dieses enthält allerdings Blei und ist deshalb von der RoHS-Richtlinie betroffen. Es muss daher mittelfristig durch RoHS konforme Alternativen ersetzt werden. Eine mögliche Alternative stellt das in dieser Arbeit untersuchte KNN dar. Zur Herstellung der KNN-Schichten wurde das kostengünstige Sol-Gel-Verfahren verwendet. In der Arbeit wurden zwei neue Sol-Varianten auf Basis von 1,3-Propandiol und Essigsäure entwickelt. Durch die Optimierung verschiedener Parameter wie des Alkalimetallüberschusses oder der Temperaturführung ließen sich signifikante Verbesserungen der Schichteigenschaften wie eine verbesserte Morphologie, Phasenzusammensetzung und elektrische Kennwerte erreichen. Des Weiteren wurde das Sol-Gel-Komposit-Verfahren erstmalig zur Herstellung dicker KNN-Schichten mit einem Schichtdickenbereich von 1-30 µm verwendet. Auch hier konnten durch die Optimierung des Herstellungsprozesses signifikante Verbesserungen der Eigenschaften erzielt werden. Somit sind nun KNN-Schichten mit Schichtdicken von unter einem Mikrometer bis zu mehreren zehn Mikrometern herstellbar.

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