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2.4 Werkstoffe Grundlagen und theoretische Methoden Membranen zur Sauerstoffabtrennung aus Luft können aus verschiedenen Materialien hergestellt werden. Als besonders aussichtsreich gelten Oxidkeramiken, die neben der Sauerstoffleitfähigkeit über Elektronenleitfähigkeit verfügen. Vielversprechend sind die Materialien mit Perowskit-, Fluorit-, oder K2NiF4-Struktur. In dieser Arbeit wird der Werkstoff Ba0,5Sr0,5Co0,8Fe0,2O3-� (BSCF) aus der Klasse der Materialien mit Perowskitstruktur verwendet. 2.4.1 Werkstoffe mit Perowskitstruktur Perowskite sind die viel versprechendste Werkstoffgruppe für die Abtrennung von Sauerstoff aus der Umgebungsluft. Perowskite besitzen die Grundstruktur ABO3-�, wobei die Dotierung von den Valenzen der A- und B-Kationen abhängt. Typische Kombinationen sind A 1+ B 5+ O3, A 2+ B 4+ O3 und A 3+ B 3+ O3, wobei gewöhnlich die dritte Variante verwendet wird. Das Kation des A-Platzes wird durch Erdalkalimetalle oder Lanthanoide besetzt, das B-Seiten Kation ist in der Regel durch Übergangsmetalle besetzt. Das A-Platz Kation besitzt den größeren Ionenradius, um ein möglichst großes freies Volumen und somit eine hohe Mobilität der Sauerstoffionen zu erzeugen. Die Größe des B-Platz Kations wird ausreichend groß gewählt, um die Stabilität dieser Struktur zu gewährleisten [LIU06]. Abb. 2.13 zeigt eine solche perowskitische Elementarzelle. In dieser sind die A-Platz Kationen als Kuboktaeder 12-fach mit Sauerstoff-Anionen und das B-Platz Kation als BO6 Oktaeder 6-fach mit Sauerstoff koordiniert. Abb. 2.13 Perowskitstruktur ABO3. Aufgrund der Verzerrung des BO6 Oktaeders durch Unterschiede in A- und B-Platz Kationradien, weicht die Form der Elementarzelle in der Regel von der perfekten kubischen Symmetrie ab. Es können durch die Verzerrung tetragonale, rhomboedrische und orthorhombische Zellen entstehen. Um die durch Verzerrungen induzierten Spannungen des Gitters zu bewerten, wurde durch Goldschmidt der Toleranzfaktor t eingeführt. Der Goldschmidt Faktor, Gleichung ( 2.23 ), beschreibt das Verhältnis des Dreiecks O—A—O in Relation zum Kreuz O— B—O, O—B—O (Vergleich Abb. 2.13). Weisen Oktaeder und Kuboktaeder die gleichen geometrischen Relationen auf, ergibt sich ein Goldschmidt-Faktor von 1. Nach Goldschmidt 19
Grundlagen und theoretische Methoden sind Verzerrungen des Perowskitgitters im Bereich von 0,75
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