Institut für Chemische Technologien und Analytik (Elektrochemie)
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Experimentelle Ausrüstung und spezielle Expertisen

Zum einen ist die Standardausrüstung für festkörperelektrochemische und elektrokeramische Forschungsaktivitäten in hoher Qualität vorhanden:

  • Präparation von keramischen Proben inkl. Sintern, Polieren, Elektroden herstellen, etc.

  • Eine Reihe von Impedanzanalysatoren für Impedanzmessungen von mHz bis MHz, 10 mOhm bis 500 GOhm und 1 mV bis 150 V, Potentiostate, DC source measure units, Probenhalter für Messungen von -50 °C bis 950 °C in verschiedenen Gasatmosphären, optische and konfokale Lasermikroskopie, etc.

In Zusammenarbeit mit Kooperationspartnern an der TU Wien besteht auch sehr guter Zugang zu einer großen Zahl weitere Charakterisierungsmethoden wie ToF-SIMS, XPS, XRD, AFM, STM, SEM, HRTEM, EELS, ICP-OES, etc.

Darüber hinaus besitzt unser Labor aber auch eine ganze Anzahl weiterer komplexer und z.T. auch einzigartiger experimenteller Apparaturen und Aufbauten:


Mikrokontaktmessstände und Mikrokontakt-Impedanzspektroskopie

Mikrokontaktmessstand mit dem es möglich ist Mikroelektroden in einem Bereich von 4µm bis 300µm zu kontaktieren.

Eine  Spezialität unseres Labors: Mehrere Messstände, die lokale elektrische und elektrochemische Messungen an Mikroelektroden (unter dem Mikroskop) bei Temperaturen von 25 °C bis 950 °C und in verschiedenen Gasatmosphären erlauben.

Diese Mikrokontakte oder mikrostrukturierten Elektroden haben eine große Zahl von Anwendungen in der Forschung wie z.B. bei der Untersuchung von elektrochemischen Reaktionen an Modellelektroden in der Brennstoffzellenforschung, für die elektrische Charakterisierung von einzelnen Korngrenzen oder von Leitfähigkeitsprofilen in Elektrokeramiken, beim Messen von Leitfähigkeits-Anisotropien in dünnen Schichten oder zur tracergestützen Beobachtung von elektrochemisch aktiven Zonen an Elektroden auf Festelektrolyten. Unser Labor leistet Pionierarbeit bei der Anwendung solcher Mikroelektroden in der Festkörperionik (solid state ionics) und die entsprechenden Messungen sind eine der Hauptstärken.


In-situ Beobachtung von elektrochemischen Reaktionen und defektchemischen Veränderungen

Sauerstoffionenleitfähigkeit wurde in Nd3+ dotiertem PZT untersucht. Dabei wurden neben Impedanzmessungen auch Traceraustauschexperimente mit dem gezeigten Ergebnis durchgeführt.

Feldgetriebener 18O Tracereinbau ist ein sehr hilfreiches Werkzeug, um aktive und resistive Zonen an Elektroden beim elektrochemischen Sauerstoffeinbau (z.B. in SOFCs) oder bei der Wasserspaltung ( z.B. in SOECs) zu beobachten. Weiters kann diese Methode eingesetzt werden, um defektchemische Effekte in polarisierten keramischen Oxiden oder dünnen Filmen zu untersuchen. 

In Kombination mit den Mikro-Makro-Kontaktmessständen kann der 18O Einbau sogar während lokaler Polarisation an einer Mikroelektrode erfolgen. Die Analyse der Profile erfolgt in Zusammenarbeit mit Prof. H. Hutter mit ToF-SIMS.


Verbesserte Methoden zur impedanzspektroskopischen Charakterisierung dünner Oxidschichten

Optimierte Elektrodenkonfigurationen (Streifen- oder Kammelektroden mit sehr kleinen Anständen, s. Bild) können sehr hilfreich sein, wenn Korngrenzen in dünnen Schichten elektrisch untersucht werden sollen oder wenn es um die Leitfähigkeit senkrecht und lateral zur Oberfläche von ein und derselben Schicht geht. Weiters können mit Hilfe von eingebetteten Stromsammler gemischtleitende Elektroden auf ihren Einsatz in SOECs untersucht werden.

Mit Hilfe dieser lithographisch hergestellten Elektrodenkonfigurationen (LSC, Pt, Au, etc. als Elektrodenmaterialien) können also eine ganze Reihe einzigartiger Messungen an dünnen Oxidschichten durchgeführt werden.


Dünnschichtherstellung (PLD + Sputtern) und Dünnschicht-Mikrostrukturierung

Oben Links: kreisförmige Mikroelektroden unterschiedlicher Größe, oben Mitte: REM Aufnahme einer dünnen LSC Schicht, unten Links und Mitte: REM Aufnahmen einer Pt-Elektrode, Rechts: Vakuumkammer der PLD Anlage

Gepulste Laserdeposition (PLD, s. Bild) wird benutzt, um dünne Oxidschichten (10-500 nm) auf isolierenden, elektronenleitenden oder ionenleitenden Substraten abzuscheiden. Auch Heteroschichten können so hergestellt werden. Unter anderem erzeugen wir Schichten aus (La,Sr)(Co,Fe)O3, (La,Sr)MnO3, ZrO2, CeO2 und SrTiO3.

Metallschichten (Pt, Au, Ag, Cu, etc.) werden über Sputterabscheidung hergestellt mit der Option zur Substratheizung bis 750°C, um so die moprhologische Stabilität der Filme zu optimieren.

In vielen Fällen werden diese Schichten mit Hilfe von Ionenstrahlätzen oder chemischem Ätzen mikrostrukturiert (Lithographie ist im eigenen Labor möglich).