Atomic diffusion in glasses studied with coherent X-rays

Autor(en)

Manuel Ross

Abstrakt

Gläser sind seit Jahrtausenden bekannt, dennoch sind viele ihrer grundlegenden Eigenschaften auch heute noch unverstanden. Zahlreiche Versuche wurden unternommen, um die strukturellen und dynamischen Prozesse dieser amorphen Stoffe auf der atomaren Ebene zu erklären. Bisher war keine experimentelle Methode in der Lage, die Glasdynamik auf dieser Längenskala zu erfassen. Dadurch ist es bislang unmöglich, ein vollständiges Bild atomarer Transportprozesse zu erlangen. In dieser Arbeit wird mit einem neuen Ansatz gezeigt, wie Einblicke in die fundamentalen Mechanismen der Glasdynamik erlangt werden können. Einige Forscher haben mit der vielversprechenden neuen Methode XPCS die Dynamik vieler verschiedener amorpher Systeme und kristalliner Stoffe untersucht. Während diese Studien auf Längenskalen bis in den Nanometerbereich hinein ausgelegt waren, wurde kürzlich gezeigt, wie Diffusion auf der fundamentalen atomaren Skala in Kristallen untersucht werden kann. Das Spektrum dieser neuen Methode, genannt aXPCS, wird in dieser Arbeit auf amorphe Stoffe erweitert. Im ersten Schritt werden wir sehen, dass aXPCS auch auf glasbildende Systeme angewandt werden kann. Genauer wird gezeigt, dass sich Bleidiffusion in Bleisilikatgläsern drastisch mit dem Mischungsverhältnis von Bleioxid verändert. Der Diffusionsprozess wandelt sich von Einzelsprüngen zwischen einzelnen Clustern in Gläsern niedriger Bleioxidkonzentration zu Mehrsprungprozessen entlang von Netzwerkpfaden und durch Leerräume in Gläsern hoher Bleioxidkonzentration. Bisher waren solche Messungen außerhalb des Erreichbaren unterhalb der Glasübergangstemperatur. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass die Methode und die verwendeten Modelle dabei helfen können, ein tieferes Verständnis der atomaren Diffusion für ein weites Spektrum von amorphen Systemen zu erlangen. Im zweiten Schritt wird die technisch relevante Materialklasse der amorphen schnellen Ionenleiter mit aXPCS bei tiefen Temperaturen untersucht. Wir werden sehen, dass die Diffusionsgeschwindigkeit der Ionen in einer Glasmatrix durch den Herstellungsprozess beeinflusst werden kann. Dies zeigt, dass aXPCS ein nützliches Werkzeug ist, um direkte Einblicke in die Dynamik auf mit anderen Methoden unbeobachtbaren Skalen zu bekommen und um dabei zu helfen, vielfältige Materialeigenschaften zu verbessern.

Organisation(en)

Dynamik Kondensierter Systeme

Anzahl der Seiten

131

Publikationsdatum

2014

ÖFOS 2012

103009 Festkörperphysik, 103015 Kondensierte Materie, 103018 Materialphysik

Link zum Portal

https://ucris.univie.ac.at/portal/de/publications/atomic-diffusion-in-glasses-studied-with-coherent-xrays(e2c148e2-791f-47ee-b205-fd96b313e802).html