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Dynamic elastic response of multidomain KSCN-crystals
Paul König
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Physics
Betreuer*in
Wilfried Schranz
Mitbetreuer*in
Viktor Soprunyuk
DOI
10.25365/thesis.77827
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-27318.52217.501149-3
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
In dieser Masterarbeit wird das dynamische elastische Verhalten von ferroelastischen Kaliumthiocyanat (KSCN)-Kristallen mit mehreren Domänen untersucht, wobei der Schwerpunkt auf dem Einfluss der Bewegung der Domänenwände, der Temperatur und der Frequenz auf diese Eigenschaften liegt. Mithilfe der dynamisch-mechanischen Analyse (DMA) und der thermisch-mechanischen Analyse (TMA) wurde das Verhalten von KSCN-Kristallen über einen Temperaturbereich von 300 K bis 450 K und einen Frequenzbereich von 0,05 Hz bis 40 Hz untersucht. Die Ergebnisse zeigen eine signifikante Anisotropie in den elastischen Eigenschaften von KSCN, insbesondere um die Phasenübergangstemperatur bei 423 K. In der a- und b-Richtung zeigen sowohl das Elastizitätsmodul als auch das Verlustmodul einen allmählichen Anstieg mit der Temperatur, wobei am Phasenübergangspunkt bemerkenswerte Veränderungen zu beobachten sind. Die c-Richtung zeigt jedoch eine ausgeprägtere Reaktion mit einem steileren Anstieg der Dehnung und einer deutlichen Anomalie des Elastizitätsmoduls, die bei allen Frequenzen gleich ist. Die TMA-Ergebnisse verdeutlichen auch die signifikante thermische Dehnung in der c-Richtung, die gut mit den theoretischen Vorhersagen übereinstimmt. Aktivierungsenergieanalysen unter Verwendung verschiedener Modelle - Arrhenius und Vogel-Fulcher-Tammann (VFT) - zeigen die Herausforderungen bei der genauen Charakterisierung der thermischen Aktivierungsprozesse. Während der Arrhenius-Ansatz unrealistisch hohe Aktivierungsenergien ergab, lieferte das VFT-Modell eine vernünftigere Schätzung, was darauf hindeutet, dass in der Nähe des Phasenübergangs ein Nicht-Arrhenius Verhalten vorherrscht. Diese Ergebnisse unterstreichen die entscheidende Rolle der Domänenwanddynamik bei der Beeinflussung der elastischen und thermischen Eigenschaften von KSCN-Kristallen. Die Masterarbeit liefert wertvolle Einblicke in die Mechanismen des Phasenübergangs und das Verhalten der Domänenwände in ferroelastischen Materialien, was sich auf das Materialdesign und die Domänentechnik in Anwendungen auswirkt, die hohe Temperaturstabilität und präzise mechanische Kontrolle erfordern.
Abstract
(Englisch)
This Thesis investigates the dynamic elastic response of multi-domain ferroelastic potassium thiocyanate (KSCN) crystals, focusing on the influence of domain wall motion, temperature and frequency on these properties. Dynamic Mechanical Analysis (DMA) and Thermal Mechanical Analysis (TMA) were used to study the behaviour of KSCN crystals over a temperature range of 300 K to 450 K and a frequency range of 0.05 Hz to 40 Hz. The results show a significant anisotropy in the elastic properties of KSCN, particularly around the phase transition temperature near 423 K. In the a and b directions, both Young’s modulus and loss modulus show a gradual increase with temperature, with notable changes observed at the phase transition point. However, the c-direction shows a more pronounced response, with a steeper increase in strain and a distinct "cusp" anomaly in Young’s modulus that is consistent across all frequencies. The TMA results also highlight the significant thermal strain in the c direction, which is in good agreement with theoretical predictions. Activation energy analyses using different models - Arrhenius and Vogel-Fulcher-Tammann (VFT) - highlight the challenges in accurately characterising the thermal activation processes. While the Arrhenius approach yielded unrealistically high activation energies, the VFT model provided a more reasonable estimate, suggesting that non-Arrhenius behaviour is prevalent near the phase transition. These results highlight the critical role of domain wall dynamics in influencing the elastic and thermal properties of KSCN crystals. The thesis provides valuable insights into phase transition mechanisms and domain wall behaviour in ferroelastic materials, with implications for material design and domain engineering in applications requiring high temperature stability and precise mechanical control.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
KSCN-Kristalle Domänenwandbewegung ferroelastisch DMA TMA
Schlagwörter
(Englisch)
KSCN-Crystals Domain wall motion ferroelastic DMA TMA
Autor*innen
Paul König
Haupttitel (Englisch)
Dynamic elastic response of multidomain KSCN-crystals
Paralleltitel (Deutsch)
Dynamisches elastisches Verhalten von KSCN-Kristallen mit mehreren Domänen
Publikationsjahr
2024
Umfangsangabe
45 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Wilfried Schranz
Klassifikation
33 Physik > 33.61 Festkörperphysik
AC Nummer
AC17454220
Utheses ID
73352
Studienkennzahl
UA | 066 | 876 | |