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Investigations of hydrogenated and deuterated lithium tetraammonium trihydrogentetrasulphate (NH4)4LiH3(SO4)4 <<[(NH tief 4) tief 4 LiH tief 3 (SO tief 4) tief 4]>> (ALHS) around the ferroelastic and the "protonic" phase transition

(Untersuchungen an undeuteriertem und deuteriertem Lithiumtetraammoniumtrihydrogentetrasulfat (NH4)4LiH3(SO4)4 [(NH tief 4 tief 4 LiH tief 3 (SO tief 4) tief 4] (ALHS) unter- und oberhalb des ferroelastischen sowie jenseits des "protonischen" Phasenüberganges)Phasenüberganges

Matthias Zimmermann

Art der Arbeit

Dissertation

Universität

Universität Wien

Fakultät

Formal- und Naturwissenschaftliche Fakultät

Betreuer*in

Hans Warhanek

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DOI

10.25365/thesis.31793

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-30207.96706.384664-1

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Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Kristalle der Substanz (NH_4)_4LiH_3(SO_4)_4 (ALHS) wurden hergestellt und untersucht, welche einen ferroelastischen Phasenübergang bei T_c = 233 K und einen Hochtemperatur-Übergang bei T_s #approx# 415 K aufweist. Thermische Untersuchungen mit DSC bestätigten einen Übergang bei #approx# 415 K, TG-Analysen wiesen nach, dass keine chemische Dekomposition (Verdampfung) in der paraelastischen und der 'superionischen' Phase auftritt. "1H NMR-Studien zeigten, dass in der paraelastischen Phase die freien Protonen eine niederdimensionale Diffusion vollführen, wohingegen oberhalb von T_s auch die Ammonium-Ionen mobil werden. "1"4N-NMR und "2D-NMR wurde ebenfalls untersucht. Die Ergebnisse von dielektrischen Messungen und ihr Vergleich mit den NMR-Resultaten bestätigten die große Bedeutung von protonenartigen Teilchen im Leitungsprozess. Für das elektrische Leitungsverhalten wurde eine deutliche Anisotropie gefunden. Bei der Temperatur T_s #approx# 415 K führt das Einsetzen der Ammomium-Bewegung zu einer Erhöhung der Aktivierungsenergie für die elektrische Leitung. Eine detaillierte Untersuchung erlaubte die Bestimmung von Ionen-Sprungraten und der Enthalpien für Bildung und Diffusion. Darüber hinaus konnten die Ladungsträger-Konzentration und der Diffusionskoeffizient abgeschätzt werden. ALHS zeigt keine 'superionischen' Eigenschaften in 'ersten' Temperaturdurchläufen. Bezüglich der Bewegung von Domänenwänden in der ferroelastischen Phase wurde ein ferroelastisches (teilweises) 'Domain-Freezing' ('Domänen-Einfrieren') rund um T_f = 162 K beobachtet. Unterhalb von T_f behalten die Domänenwände einen verbleibenden Vibrations-Freiheitsgrad, und im Verlust-Modul tritt eine zusätzliche Anomalie auf. Das elastische Verhalten von ALHS-Kristallen hängt von der 'Historie' der betreffenden Probe ab. Auf Basis von experimentellen Daten wurden die Parameter der Reihenentwicklung der freien Energie gemäß Landau abgeschätzt, was zu grundlegenden Erkenntnissen hinsichtlich der Bewegung der Domänenwände führte.

Abstract

(Englisch)

Crystals of (NH_4)_4LiH_3(SO_4)_4 (ALHS), which exhibits a ferroelastic phase transition at T_c = 233 K and a high-temperature transition at T_s #approx# 415 K, have been grown and investigated. Thermal studies by DSC confirmed a transition at #approx# 415 K, TG analysis showed that there is no chemical decomposition (evaporation) in the paraelastic and 'superionic' phase. "1H NMR studies showed that the acid protons perform low-dimensional diffusion in the paraelastic phase, while above T_s also ammonium ions start to move. "1"4N NMR and "2D NMR have been investigated, too. The results of dielectric measurements and their comparison with NMR results confirmed the great role of protonic species in the conduction processes. A clear anisotropy was found for the conduction behaviour. At the temperature T_s #approx# 415 K the onset of ammonium motion leads to an increase of the activation energies for conductivity. A detailed analysis allowed the determination of ionic hopping rates and of the enthalpies of formation and diffusion. In addition, the carrier concentration and the diffusion coefficient could be estimated. ALHS does not show 'superionic' properties for 'first' temperature runs. Concerning the motion of domain walls in the ferroelastic phase, a ferroelastic (partial) 'domain freezing' phenomenon has been observed around T_f = 162 K. Below T_f the domain walls retain a certain vibrational degree of freedom, an additional anomaly of the loss modulus appears. The elastic behaviour of a crystal of ALHS is dependent on the 'history' of the given sample. Based on experimental data, the parameters of the Landau free energy expansion have been estimated which lead to basic insights related to domain wall motion.

Autor*innen

Matthias Zimmermann

Haupttitel (Englisch)

Hauptuntertitel (Englisch)

Publikationsjahr

1995

Umfangsangabe

XVIII, 277 S. : Ill., graph. Darst.

Sprache

Englisch

Beurteiler*innen

Hans Warhanek ,

Gunther Schöck

Klassifikationen

33 Physik > 33.05 Experimentalphysik ,

33 Physik > 33.61 Festkörperphysik ,

33 Physik > 33.64 Zustandsgleichungen, Phasenübergänge

AC Nummer

AC01306733

Utheses ID

28272

Studienkennzahl

UA | 085 | 411 | |

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