@PhdThesis{duepublico_mods_00040070,
  author = 	{Dittmer-Gobeljic, Danka},
  title = 	{Polar microstructure and nanoscale electromechanical behavior of lead-free piezoelectric ceramics},
  year = 	{2015},
  month = 	{Dec},
  day = 	{11},
  keywords = 	{pizeoelectric; ceramics; PFM; AFM; polar; nano; lead-free; composites; domain structure},
  abstract = 	{In der F{\"u}lle an Energiewandlern werden piezoelektrische Materialien besonders gesch{\"a}tzt, da sie die Eigenschaft besitzen, mechanische und elektrische Energie linear ineinander umzuwandeln. Die Piezoelektrizit{\"a}t dieser Materialien wird in zahlreichen Hochtechnologie-Anwendungen eingesetzt, unter anderem in Aktoren, Einspritzventilen, Ultraschallwandlern, piezoelektrischen Motoren oder Mikro- und Nanopositionierungssystemen. Um die nachteiligen Effekte des weitverbreiteten Hochleistungswerkstoffs Blei-Zirkonat-Titanat auf die menschliche Gesundheit und die Umwelt zu minimieren, wurden weitreichende Forschungsbestrebungen initiiert, die zu einer Verbesserung bereits bestehender und der Entwicklung g{\"a}nzlich neuer ungiftiger Piezoelektrika f{\"u}hren sollen. Die vorliegende Arbeit konzentriert sich auf die Untersuchung der herausragenden Eigenschaften von KNN- und BNT-basierten piezoelektrischen Materialien auf submikroskopischen L{\"a}ngenskalen. Die zugrundeliegenden physikalischen Mechanismen wurden mithilfe der Piezoantwort-Kraft-Mikroskopie f{\"u}r drei unterschiedliche Materialklassen untersucht: Erstens, ein Ferroelektrikum, stellvertreten durch 0.95(Na0.49K0.49Li0.02)(Nb0.8Ta0.2)O3-0.05CaZrO3; zweitens, ein Relaxor-Ferroelektrikum, namentlich Bi1/2Na1/2TiO3-0.19Bi1/2K1/2TiO3-yBiZn1/2Ti1/2O3; drittens, ein Kompositmaterial, das sowohl einen nichtergodischen Relaxorphasenanteil Bi1/2Na1/2TiO3-0.07BaTiO3 als auch einen ergodischen Relaxorphasenanteil, Bi1/2Na1/2TiO3-0.06BaTiO3-0.02K0.5Na0.5NbO3, enth{\"a}lt. Dieser ganzheitliche Ansatz beinhaltet auch den Einsatz verschiedener Charakterisierungsmethoden zur Untersuchung des makroskopischen Verhaltens, um einen Vergleich mit den mittels PFM ermittelten submikroskpischen Eigenschaften zu erm{\"o}glichen. Die strukturellen, mikrostrukturellen und elektrischen Eigenschaften als auch Ihre gegenseitige Wechselbeziehungen werden als Funktion von Zusammensetzung, Temperatur und elektrischem Feld untersucht. Die durchgef{\"u}hrte Forschungsarbeit basiert damit auf den verkn{\"u}pften Beobachtungen des materialspezifischen elektromechanischen Verhaltens auf verschiedenen Gr{\"o}{\ss}enordnungen, vom Submikroskopischem bis hin zum Makroskopischem. Ersteres wird im Rahmen dieser Arbeit durch die Piezoantwort-Kraft-Mikroskopie erreicht, einer hochmodernen Variante der Rasterkraftmikroskopie. Der direkte Vergleich der Eigenschaften auf verschiedenen L{\"a}ngenskalen erlaubt einen tiefen Einblick in die grundlegenden Mechanismen f{\"u}r die teils {\"u}berragenden Eigenschaften der untersuchten Materialsysteme. Neuartige, fortschrittliche Datenanalysemethoden werden eingef{\"u}hrt und vorgestellt, um eine quantitative Beschreibung der komplexen Dom{\"a}nenstruktur zu erlauben, die in diesen Materialien beobachtet werden. Dar{\"u}ber hinaus wird dadurch eine Differenzierung des lokalen Schaltverhaltens erm{\"o}glicht.},
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