Untersuchungen zur Nanokristallisation von BaF2 aus einem Oxyfluoridglas

Bocker, Christian GND

Mit dem Ziel grundlegende Mechanismen zur Keimbildung und Kristallisation von Nanopartikeln besser zu verstehen, wurde aus Gläsern des Multikomponentensystems Al2O3/K2O/Na2O/BaO/SiO2/BaF2/KF die Kristallphase BaF2 in Form von Nanokristalliten während einer Temperaturbehandlung ausgeschieden. Die hohe Transparenz der Glaskeramiken wurde durch Kristallite von nur wenigen Nanometern Größe erreicht. Die direkte Beobachtung der Nanokristallite mittels Elektronenmikroskopie zeigte eine sehr schmale Kristallitgrößenverteilung und homogene Verteilung der BaF2-Kristallite in der Glasmatrix. Die Anwendung von Elektronenenergieverlustspektroskopie (EELS) und energiegefilterter Transmissionselektronenmikroskopie (EFTEM) ermöglichte den Nachweis einer SiO2-reichen Schicht um die Kristallite. Der Kristallisationsmechanismus kann wie folgt beschrieben werden: Bei der Kristallisation von BaF2 verarmt das Restglas an den Kristallkomponenten. Da es sich dabei um netzwerkwandelnde Komponenten handelt, steigt die Viskosität in der näheren Umgebung des Kristallites stark an. Diese Schicht wirkt somit als Diffusionsbarriere und verhindert weiteres Wachstum der Kristallite sowie Ostwald-Reifung im weiteren Verlauf der Kristallisation. Experimente zur Diffusion sowie Viskositätsänderungen der Restglasphase wurden durchgeführt. Die Diffusionskoeffizienten von Fluorid waren etwa um zwei Größenordnungen größer, als die des Bariumions. Eine empirische Gleichung wurde entwickelt, welche die Viskosität als Funktion der BaF2-Konzentration und Temperatur beschreibt. Bei einigen Proben in dieser Arbeit wurde die Kristallisation der Hochdruckmodifikation des BaF2 beobachtet. Die Bildung dieser orthorhombischen Hochdruckmodifikation des BaF2 ist ein erster experimenteller Nachweis von Druckspannungen, die während der Kristallisation die Entstehung und das Wachstum von Keimen bzw. Kristallen beeinflussen.

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Bocker, Christian: Untersuchungen zur Nanokristallisation von BaF2 aus einem Oxyfluoridglas. 2010.

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