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Ferroelastizität in Antimonoxidjodid Sb[5]O[7]J - Umorientierung von Domänen durch Druck; Thermische Phasentransformation

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Kristalle des Antimonoxidjodids, SB5O7J sind ferroelastisch, das heißt, sie besitzen mehrere Orientierungszustände, die sich durch uniaxialen Druck ineinander überführen lassen. Alpha-Antimonoxidjodid ist monoklin. Eine mögliche Orientierung der Achsen sei durch die Spuren de 001 Ebenen dargestellt. Die pseudohexagonale Symmetrie der Kristallplatte erlaubt drei gleichberechtigte Orientierungszustände. Uniaxialer Druck auf ein Flächenpaar des Kristalls bewirkt eine Umorientierung. Die (001)-Ebenen stellen sich stets senkrecht zur Druckrichtung ein. Die Kristallachsen sind um 120 Grad gedreht. Bei einer Beobachtung zwischen gekreuzten Polarisationsfiltern Bei Druckentlastung bleibt der neue Orientierungszustand erhalten. Druck auf ein zweites Flächenpaar bewirkt eine erneute Umorientierung des Kristalls. Die (001)-Ebenen stellen sich stets senkrecht zur Druckrichtung ein. In dieser Orientierung ist die Durchlässigkeit im polarisierten Licht am geringsten. Auch dieser Zustand bleibt bei Druckentlastung erhalten. Ein uniaxialer Druck auf das dritte Flächenpaar führt den Kristall wieder in den ursprünglichen Zustand zurück, der durch die größte Lichtdurchlässigkeit gekennzeichnet ist. Nach der Entlastung bleibt der Orientierungszustand auch hier erhalten. Der Zyklus ist in beiden Richtungen beliebig oft wiederholbar. Durch äußeren mechanischen Druck auf je ein Flächenpaar kann der Kristall also reproduzierbar zwischen den drei möglichen Orientierungszuständen in jeder Richtung hin- und hergeschaltet werden. Dieses Phänomen wird "Ferroelastizität" genannt in Analogie zur "Ferroelektrizität" und zum "Ferromagnetismus", bei denen die Umorientierung durch elektrische bzw. magnetische Felder erfolgt. Ein Kristall mit Mikrodomänen, wie sie sich beim Wachstum in der Ampulle ausbilden. Ausschnittvergrößerung am unteren Kristallrand.
Ein uniaxialer, vertikaler Druck bewirkt die Bevorzugung einer Orientierung.
Das Drehen eines Dreidomänen-alpha-Kristalls zeigt die Gleichberechtigung der drei Domänen. Die verschiedene Helligkeit wird durch die Lage des Kristalls bestimmt. Schon bei geringem horizontalem Druck entsteht fast ein Eindomänenkristall.
Hin- und Herwandern einer Domänenwand bei geringem horizontalem Druck und nachfolgendem Entlasten.
Geringer vertikaler Druck auf ein anderes Flächenpaar.
Stärkerer vertikaler Druck erzeugt eine Monodomäne, die beim Entlasten bleibt.
Eine Sterndomäne besteht aus ineinandergeschachtelten Einzeldomänen. Bei alpha-Kristallen stehen die Domänenwände schräg zu den Kristallkanten. Horizontaler Druck auf einen Kristall mit Sterndomänen zerstört den Stern und bildet ein einfaches Domänenmuster.
Unter Scherdruck entstandene Zick-Zack-Domänenwände; rechts in der Mitte die ursprünglich glatten Wände. Diese Zick-Zack-Domänen werden durch uniaxialen Druck wieder vernichtet.
Zurück bleibt ein einfaches Domänenmuster.
Nochmals das Mikrodomänenmuster und seine Druckumwandlung zur Monodomäne. Hier stehen die Domänenwände senkrecht oder parallel zu den Kristallkanten. Bei vertikalem Druck auf einen Zweidomänen-beta-Kristall
bildet sich eine Monodomäne aus, die beim Entlasten bleibt. Typische Domänenmuster der beta-Kristalle sind parallele Streifen von nur zwei verschiedenen Orientierungen. Druck auf die Fläche links oben und rechts unten erzeugt zusätzliche Streifen, die beim Entlasten bleiben. Druck auf die obere und untere Fläche erzeugt neue Streifen in einer anderen Richtung. Der Druck reichte jedoch nicht aus, um einen Monodomänenkristall zu erzeugen. Wenn der Druck auf das kleinste Flächenpaar (links unten, rechts oben) wirkt, entsteht ein größerer monodomäniger Bereich. Auch hier reichte der Druck nicht aus, um eine Monodomäne zu bilden.
Ein alpha-Kristall wird erwärmt. Bei 190 Grad Celsius Beginn der Spitzenbildung. Bildung von Mikrodomänen bei 200 Grad. Bei 208 Grad wird der Kristall optisch isotrop. Beim Abkühlen aus der Hochtemperaturphase entstehen Mikrodomänen, die statistisch über die drei möglichen Orientierungen verteilt sind. Dieses Domänenmuster bleibt bis zur Zimmertemperatur stabil. Nochmaliges Aufheizen des Mikrodomänenkristalls. Beim Überschreiten der Umwandlungstemperatur wird der Kristall wieder optisch isotrop. Der Vorgang ist beliebig oft wiederholbar. Aufheizen eines Dreidomänen-beta-Kristalls. Auch hier verändern sich die Domänen schon weit unterhalb der Umwandlungstemperatur. Ab 150 Grad bilden sich Streifen in den alten Domänen, die an Zahl und Größe langsam zunehmen. Bei 170 Grad Ausbildung eines Mikrodomänenmusters und Übergang in die beta-Hochtemperaturphase bei 185 Grad. Beim Abkühlen bilden sich zunächst Mikrodomänen aus.
Im Gegensatz zu den Mikrodomänen der alpha-Kristalle sind sie jedoch nicht stabil. Durch Verschwinden von Domänenwänden entstehen größere Einzeldomänen. 150 Grad; 70 Grad; 50 Grad; Zweidomänenkristall bei 20 Grad.
Kristall
Permeabilität
Computeranimation
Wachstum
Kristall
Domäne <Biochemie>
Computeranimation
Vorlesung/Konferenz
Vorlesung/Konferenz
Reisstärke
Vorlesung/Konferenz
Lot <Werkstoff>
Mikroskopie
Computeranimation
Vorlesung/Konferenz
Umwandlungstemperatur
Domäne <Biochemie>
Umwandlungstemperatur
Erz
Computeranimation
Erz

Metadaten

Formale Metadaten

Titel Ferroelastizität in Antimonoxidjodid Sb[5]O[7]J - Umorientierung von Domänen durch Druck; Thermische Phasentransformation
Alternativer Titel Ferroelasticity in Antimony Oxide Iodide Sb[5]O[7]I - Reorientation of Domains by Stress; Thermal Phase Transformation
Autor Nitsche, Rudolf
Schuhmacher, Margarete
Lizenz CC-Namensnennung - keine kommerzielle Nutzung - keine Bearbeitung 3.0 Deutschland:
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DOI 10.3203/IWF/E-2435
IWF-Signatur E 2435
Herausgeber IWF (Göttingen)
Erscheinungsjahr 1977
Sprache Deutsch
Produzent Schuhmacher, Margarete
Produktionsjahr 1975

Technische Metadaten

IWF-Filmdaten Film, 16 mm, LT, 125 m ; SW, 11 1/2 min

Inhaltliche Metadaten

Fachgebiet Technik, Physik, Chemie
Abstract Mikrokinematographische Aufnahmen mit Trickfilmdarstellung. Druck auf Mikrodomänenkristall führt zu vielfältigen Domänenmustern bis hin zum Eindomänenkristall. Änderung der Druckrichtung führt zur Domänenumorientierung. Verschwinden des Domänenmusters bei Überschreiten der Umwandlungstemperatur. Wiederauftreten der Domänen beim Abkühlen.
Crystals of this material can exist in three different orientation states which can be mutually switched into each other by applying an external stress. The various domain patterns observed in polarized light and the domain wall movements are demonstrated. In addition we show the changes in domain pattern upon heating, its disappearance at the transition temperature and its reestablishment upon cooling.
Schlagwörter Kristallverformung / Ferroelastizität
Ferroelastizität
Domänen, ferroelektrische
domains, ferroelectric
ferroelectric domains
ferroelasticity
crystal deformation / ferroelasticity

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