Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4583
Main Title: Einkristallzüchtung von Materialien auf der Basis von Cerdioxid
Translated Title: Single-crystal growth of ceria-based materials
Author(s): Ulbrich, Gregor
Advisor(s): Lerch, Martin
Referee(s): Lerch, Martin
Strauch, Peter
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät II - Mathematik und Naturwissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass das Skull-Schmelz-Verfahren eine gut geeignete Methode zur Züchtung von Einkristallen Cerdioxid-basierter Materialien ist. Da jedoch kein geeignetes Cer-basiertes Zündmaterial gefunden wurde, musste auf Zirconium zurückgegriffen werden. Daher weisen alle Kristalle eine geringe Zirconiumverunreinigung auf. Auch das Problem der Sauerstoffentwicklung beim Aufschmelzen aufgrund der Teilreduktion des Cerdioxids und die daraus resultierende Zerstörung der Sinterkruste musste bei jedem Versuch individuell gelöst werden. Dennoch konnte eine Reihe von Kristallen hergestellt werden. Dabei ist es gelungen sowohl niedervalente, isovalente, höhervalente und multivalente Kationen, als auch diverse Kombinationen, in die Cerdioxidkristalle zu substituieren. Um die Frage zu beantworten, ob es sich bei den erhaltenen Kristallen tatsächlich um Einkristalle handelt wurden Lauebeugungsexperimente durchgeführt. In allen Fällen konnten Einkristalle nachgewiesen werden. Zur Bestimmung von Symmetrie und Metrik wurden Röntgenpulverbeugungsexperimente an den gepulverten, reoxidierten Proben durchgeführt und die strukturellen Parameter anschließend mithilfe der Rietveldmethode verfeinert. Die hergestellten Materialien kristallisieren in der Raumgruppe Fm-3m isotyp zum Calciumfluorid. Die kubischen Gitterparameter a wurden bestimmt. Im Falle von Reihen variabler Cer-Zirconium-Metall-Gehalte konnte ein linearer Zusammenhang zwischen dem Cer- bzw. Zirconium-Gehalt und dem Gitterparameter a nachgewiesen werden. Innerhalb der gewählten Mischbereiche gehorchen die Mischkristalle damit der Vegard'schen Regel. Elementaranalytisch wurden die genauen Kationenzusammensetzungen mittels WDX bestimmt. Da die Methode eine quantitative Sauerstoffbestimmung nicht zulässt, wurden die Sauerstoffgehalte unter Annahme der höchsten Oxidationsstufe der beteiligten Kationen berechnet.
In this work it could be shown that Skull-Melting is a suitable method for growing ceria single crystals. Twenty different ceria-based single crystals could be manufactured. It was possible to dope ceria single crystals with Gd, Sm, Y, Zr, Ti, Ta, and Pr in different concentrations. Also co-doping with the named metals was realized. However, there remain some problems for growing ceria-based single crystals by Skull-Melting. As ignition metal zirconium was used because no ceria-based material works well. For that reason all single crystals show small zirconium contamination. Another problem is the formation of oxygen by the heat-induced reduction of ceria during the melting process. Because of that the skull of sintered material is often destroyed by gas pressure. This problem had to be solved individually for every single crystal. The obtained single crystals were characterized using different methods. To ensure the single crystal character the y were examined by Laue diffraction. All manufactured crystals are single crystals. Also powder diffraction patterns of the milled and oxidized samples were measured. For the determination of symmetry and metric the structural parameters were analyzed by the Rietveld method. All synthesized materials crystallize in space group Fm-3m known from calcium fluoride. The cubic lattice parameter a was determined for all crystals. In the case of series with different cerium and zirconium concentrations a linear correlation between cerium content and cubic lattice parameter was detected. The elemental composition was determined by WDX. All crystals show a homogeneous elemental distribution. The oxygen content was calculated because the WDX method isn’t useful for determination.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus4-69477
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/4880
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4583
Exam Date: 23-Jul-2015
Issue Date: 17-Aug-2015
Date Available: 17-Aug-2015
DDC Class: 546 Anorganische Chemie
Subject(s): Cerdioxid
Kristall
Skull-Schmelzen
Ceria
Single crystal
Skull melting
Creative Commons License: https://creativecommons.org/licenses/by/3.0/de/
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