Dielektrische Spektroskopie an Rochelle-Salzen

Mémoire (de fin d'études) , 1996 , 108 Pages , Note: sehr gut

Physique - Optique

Rochelle-Salz wurde im Jahre 1655 erstmalig durch den Apotheker Pierre Seignette in La Rochelle (Frankreich) synthetisiert. Daher wurde früher auch der Name Seignette-Salz für diese Substanz gebraucht.
Es war die erste und für lange Zeit die einzige bekannte Substanz, die elektrisch ordnet. Daher findet sich in der frühen Literatur auch der Begriff Seignetto-Elektrika für andere Stoffe, für die heute der Begriff Ferroelektrika in Analogie zum Magnetismus gebräuchlicher ist.
Rochelle-Salz ist ein organisches Salz; es kristallisiert als Doppel-Tartrat des Kaliums und Natriums unter Bindung von vier Wassermolekülen und zeigt eine Phasenumwandlung von einem paraelektrisch ungeordneten zu einem Zustand ferroelektrischer Ordnung. Die Übergangstemperatur wird ebenfalls in Analogie zum
Magnetismus mit dem Begriff Curie-Temperatur bezeichnet. Diese Umwandlung findet bei etwa 297K statt.
Eine sehr bemerkenswerte Eigenschaft ist, daß die Kristalle einen weiteren Curie-Punkt bei Tc ≈255K besitzen, bei dem die ferroelektrische Phase in eine Phase übergeht, die gemeinhin als paraelektrisch bezeichnet wird. Dieses Charakteristikum wurde erst Anfang dieses Jahrhunderts entdeckt. Rochelle-Salz ist die einzige bisher bekannte ferroelektrische Substanz mit diesem Verhalten.
Die Substanz NaNH4-Tartrat, genannt Ammonium-Rochelle-Salz, zeigt nur
einen Phasenübergang bei circa 108K hin zu einer polaren Phase. Diese Umwandlung wird nach der Landau-Theorie als Übergang erster Ordnung klassifiziert, während die beiden des reinen Rochelle-Salzes Übergänge zweiter Ordnung sind.

Inhaltsverzeichnis

• Einführung
• Theoretische Grundlagen
  • Elektrodynamik
  • Ausbreitung elektromagnetischer Wellen in Dielektrika
  • Polarisationsmechanismen
  • Dielektrische Relaxation
  • Elektrische Ordnung
• Rochelle-Salze
  • Geschichtlicher Überblick
  • Struktur
  • Dotierung mit Ammonium
  • Pseudo-Spin Modell
• Experimentelle Details
  • Probenpräparation
  • Temperatursteuerung
    • Geschlossenes 4He-Kühlsystem
    • N2-Kühlsystem
    • 4He-Kryostat
  • Dielektrische Messungen
    • Niederfeld-Messungen
    • Hochfeld-Messungen
  • Meßfehler
• Meßergebnisse und Diskussion
  • Niederfeldmessungen
  • Hochfeldmessungen
  • Phasendiagramm
  • Vergleich mit dem Modell
• Zusammenfassung
• Fourieranalyse der Hysteresekurven
• Literaturverzeichnis

Zielsetzung und Themenschwerpunkte

Die Diplomarbeit befasst sich mit der dielektrischen Spektroskopie an Rochelle-Salzen, einer Substanzklasse, die aufgrund ihrer besonderen ferroelektrischen Eigenschaften von großem wissenschaftlichen Interesse ist. Ziel der Arbeit ist die systematische Untersuchung der Mischreihe von reinem Rochelle-Salz mit Ammonium-Rochelle-Salz in einem breiten Konzentrationsbereich. Die Arbeit konzentriert sich insbesondere auf die Klärung der Frage, ob das bei bestimmten Dotierungen beobachtete Maximum im Realteil der Dielektrizitätskonstanten auf elektrische Ordnung zurückzuführen ist. Darüber hinaus werden die Relaxationsmechanismen in der Mischreihe untersucht.

• Dielektrische Spektroskopie an Rochelle-Salzen
• Untersuchung der Mischreihe von Rochelle-Salz mit Ammonium-Rochelle-Salz
• Klärung der Ursache des Maximums im Realteil der Dielektrizitätskonstanten
• Studium der Relaxationsmechanismen
• Phasendiagramm der Mischreihe

Zusammenfassung der Kapitel

Das erste Kapitel bietet eine Einführung in die Thematik der Arbeit und stellt Rochelle-Salz als eine besondere Substanzklasse mit ferroelektrischen Eigenschaften vor. Es werden die wichtigsten Eigenschaften der Substanz, wie die beiden Curie-Punkte und die Phasenumwandlungen, erläutert. Das zweite Kapitel widmet sich den theoretischen Grundlagen der dielektrischen Spektroskopie. Hier werden die Maxwellschen Gleichungen, die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen in Dielektrika und die verschiedenen Polarisationsmechanismen behandelt. Außerdem wird die dielektrische Relaxation und die Beschreibung von elektrischer Ordnung mit Hilfe der Suszeptibilität erläutert. Das dritte Kapitel beschäftigt sich mit den Eigenschaften der Rochelle-Salze, insbesondere mit der Struktur, der Dotierung mit Ammonium und dem Pseudo-Spin-Modell zur Beschreibung der Wechselwirkung der permanenten Dipole. Das vierte Kapitel beschreibt die experimentellen Details der Arbeit, einschließlich der Probenpräparation, der Temperatursteuerung und der dielektrischen Messungen. Die Messergebnisse werden im fünften Kapitel präsentiert und diskutiert. Hier werden sowohl die Niederfeldmessungen als auch die Hochfeldmessungen betrachtet und die Ergebnisse in einem Phasendiagramm zusammengefasst. Der Vergleich mit dem in Kapitel 3.4 vorgestellten Modell wird ebenfalls diskutiert.

Schlüsselwörter

Die Schlüsselwörter und Schwerpunktthemen des Textes umfassen die dielektrische Spektroskopie, Rochelle-Salze, Ammonium-Rochelle-Salz, ferroelektrische Ordnung, Phasenumwandlungen, Curie-Punkte, dielektrische Relaxation, Suszeptibilität, Phasendiagramm und das Pseudo-Spin-Modell.

• Université: Technical University of Darmstadt (Institut für Festkörperphysik)
• Note: sehr gut
• Auteur: Dr. Ulrich Schneider (Auteur)
• Année de publication: 1996
• Pages: 108
• N° de catalogue: V4448
• ISBN (ebook): 9783638127530
• Langue: allemand
• mots-clé: Dielektrische Spektroskopie, Rochelle Salze, Ferroelektrika, Hysterese