Ionenleiter
Der Ladungstransport in Festkörpern ist ein spannendes Forschungsgebiet, nicht zuletzt wegen der vielfältigen technischen Anwendungen, beispielsweise von Lithium-Ionenleitern in Elektroden und Elektrolytmaterialien in Akkumulatoren. Um die Entwicklung von leistungsfähigeren Materialien mit höherer elektrischer Leitfähigkeit und größerer Speicherdichte insbesondere auch für mobile Geräte voranzutreiben, ist ein besseres Verständnis der ionischen Sprungprozesse auf atomarer Ebene unabdingbar.
Um dieses Ziel zu erreichen, setzen wir eine Reihe unterschiedlicher NMR-Methoden (Kernspinresonanz) ein, die zum Teil in der Arbeitsgruppe entwickelt und weiter verfeinert wurden. Neben Messungen von Spin-Relaxationszeiten und der Analyse mehrdimensionaler NMR-Spektren wenden wir moderne Spin-Echo-Methoden an. Damit erfassen wir die ionischen Hüpfbewegungen in kristallinen und nichtkristallinen Materialien über große Bereiche von Temperatur und Ladungsbeweglichkeit. Neben der Magnetresonanz an Lithium nutzen wir Deuteronen, Silber, Natrium, Rubidium, Sauerstoff und weitere Sondenkerne. Durch Kombination von Experimenten mit Computersimulationen entschlüsseln wir so viele Details des komplexen Ladungstransports in Festkörpern und weichen Materialien wie z.B. Polymerelektrolyten. Zusätzlich wenden wir die frequenzabhängige Leitfähigkeitsspektroskopie und Rheologie an, um herauszufinden, wie atomare Prozesse und technische relevante Eigenschaften in diesen Ionenleitern miteinander verknüpft sind.
Plastische Kristalle
Plastische Kristalle gehören zu den außergewöhnlichsten Stoffen auf dem Gebiet der weichen Materie, da sie sowohl Festkörper- als auch Flüssigkeitseigenschaften besitzen. Dies liegt daran, dass die Moleküle zwar auf festen Gitterpositionen sitzen, jedoch ähnlich frei wie in einer Flüssigkeit rotieren. Dies führt zu einer großen mechanischen Deformierbarkeit und einer faszinierende Molekulardynamik. Das Interesse an plastischen Kristallen ist in letzter Zeit insbesondere wegen ihrer Anwendbarkeit als Lithium-Elektrolyte noch stärker gewachsen. Tatsächlich behalten plastische Kristalle nach Zugabe von Lithium-Ionen nicht nur ihre mechanische Flexibilität bei, sondern zeigen auch eine erstaunlich hohe Ionenleitfähigkeit.
Dies öffnet die Tür zu einer Vielzahl von Anwendungen, die von tragbarer Elektronik bis hin zu implantierten medizinischen Geräten reicht. Die Optimierung dieser Materialien erfordert allerdings ein tiefes Verständnis der in ihrem Inneren ablaufenden physikalischen und chemischen Prozesse, die mit geeigneten Untersuchungstechniken aufgeschlüsselt werden müssen. In unserer Arbeitsgruppe setzen wir die Festkörper-NMR ein, die elementspezifische Einblicke in die molekulare und ionische Dynamik liefert. Kombiniert mit der dielektrischen Spektroskopie gelingt es, die Ionenleitfähigkeit und Matrixdynamik der plastischen Elektrolyte detailliert zu erforschen. Deren für die Anwendung ebenso wichtigen mechanischen Eigenschaften erfassen wir mit der Rheologie. Zusammen mit numerischen Analysen gestattet dieser multiexperimentelle Zugang grundlegend neue Einsichten in die Dynamik von potentiellen Energiespeichermaterialien.
Artikel zum Thema "Plastische Kristalle" und "Orientierungsgläser".