Beschreibung

• Ionische Transportprozesse in amorphen Materialen sind wichtig für eine Vielzahl von Anwendungen. Insbesondere können ionenleitende Gläser aufgrund der hohen Flexibilität ihrer chemischen Zusammensetzungen maßgeschneidert werden, um spezifische Erfordernisse zu erfüllen. So werden gläserne Festelektrolyte in Batterien, intelligenten Fenstern, Superkondensatoren, optischen Wellenleitern, Sensoren und anderen Anwendungsfeldern genutzt. Ziel dieses Forschungsprojektes ist es, theoretische Methoden zur Konstruktion von Landschaften der potentiellen Energie für die Ionenbewegung in Gläsern zu entwickeln und auf Grundlage dieser Landschaften das Verhalten ionischer Transportgrößen wie Leitfähigkeiten und ihrer Aktivierungsenergien zu bestimmen. Zur Konstruktion der Landschaften wird chemische und strukturelle Information über Einheiten genutzt, die in wechselseitiger Verbindung das Wirtsnetzwerk für die Ionenbewegung aufbauen. Die Verlässlichkeit der theoretischen Methoden wird überprüft durch Vergleich mit experimentellen Beobachtungen. Hierzu gehören insbesondere Messungen von Diffusionsprofilen, die durch Ionentransport von an Oberflächen abgeschiedenen Ladungen entstehen, von Korrelationsfunktionen und spektralen Dichten aus magnetischen Kernresonanz-Experimenten, sowie Ergebnisse für lokale chemische Zusammensetzungen und strukturelle Konfigurationen, die mittels besonderer Kernresonanz-Methoden und Atomsonden-Tomographie gewonnen werden. Spezifische Zielsetzungen sind eine Berechnung von Konzentrationen der Glasnetzwerk-bildenden chemischen Einheiten, eine Modellierung räumlicher Ladungsverteilungen auf Grundlage der Kenntnis dieser Konzentrationen sowie die Bestimmung ionischer Transportgrößen mit Hilfe kinetischer Monte-Carlo- und Molekulardynamik-Simulationen. Diese Simulationen werden komplettiert durch analytische Rechnungen auf Grundlage von Perkolations- und Molekularfeldtheorien. Im Rahmen dieser Untersuchungen wird auch analysiert, wie sich die Konzentration unbesetzter Ionenplätze im Glas und die Coulomb-Wechselwirkung zwischen den mobilen Ionen auf die Ionendynamik auswirkt.

Projektlaufzeit

• 01.07.2021 - 30.06.2025