Stabilität von Sr(Ti0.65,Fe0.35)O3-δ - am IWE

4 Diskussion
4.1 Farbänderungen
Wie in Kapitel 3.3.1 gezeigt, verfärben sich die Keramiken während der Alterungen von
schwarz über braun zu grau mit sinkendem Sauerstoffpartialdruck. Es ist zu klären, ob Phasenumwandlungen
Ursache für diese Farbwechsel sind.
Durch einen Vergleich der XRD-Spektren der gealterten Proben mit denen von FeO bzw.
Fe 2 O 3 kann die Bildung von Eisenoxid insbesondere bei der braunen Probe ausgeschlossen
werden.
Die Farbänderung der grauen Probe könnte durch die entstehenden Zweitphasen erklärt werden,
auf die später eingegangen wird. Allerdings liegen die braunen Proben weiterhin als kubischer
Perovskit vor, unter Berücksichtigung der Auflösungsgrenze des XRD und der punktförmigen
Untersuchungen im TEM.
Von Strontiumferrit ist bekannt [15], dass Eisen bei hohem pO 2 vierwertig, bei sehr geringem
pO 2 dreiwertig vorliegt. Ob diese Valenzänderung ebenfalls bei STF vorliegt, konnte in dieser
Arbeit nicht geklärt werden. Eine Untersuchung mittels Mössbauer-Spektroskopie würde
Aufschlüsse geben.
Ein Valenzwechsel könnte evtl. den Farbwechsel schwarz – braun erklären, allerdings nicht
die weitere Verfärbung zu grau bei sinkendem pO 2 .
Neben dem Bandabstand, der die Energie absorbierter und emittierter Photonen und somit
deren Wellenlänge bestimmt, spielt die Anzahl der Ladungsträger für die Farbe eines Festkörpers
eine Rolle. Je mehr Ladungsträger der Festkörper enthält, desto häufiger wird einfallendes
Licht im Körper gestreut und schließlich absorbiert. Das Material erscheint also
schwarz. STF enthält bei hohem pO 2 viele Defektelektronen (p-Leitung) und in sehr reduzierter
Atmosphäre viele Elektronen (n-Leitung), die jeweils als Streuzentren wirken. Deshalb
erscheint das Material schwarz bzw. grau. Für mittlere pO 2 -Drücke befindet sich STF im intrinsischen
Minimum und enthält relativ wenig Ladungsträger. Deshalb wird die Farbe des
Materials durch den Bandabstand E g bestimmt.
Mit
2
Eg
( x) = 3, 26 −1,93⋅ x+ 0,54⋅x eV
x : Eisengehalt
[26] (4.1)
ergibt sich bei einer 35%igen Eisendotierung ein Bandabstand von 2,65 eV. Mit
Eg
= h⋅ υ
(4.2)
und
c
λ = (4.3)
υ