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Projektbeschreibung

Mikrostrukturelle Interaktionen und Umklappvorgänge in Ferroelektrika

Das Hauptziel dieses Projektes besteht in der mehrskaligen Modellierung ratenabhängiger Mikrostrukturentwicklung in Ferroelektrika. Es werden zwei unterschiedliche Modelle auf der Ebene von Einkristallen entwickelt und im Anschluss auf Oligokristalle übertragen. Als übergeordneter Modellierungsrahmen wird das zuvor etablierte Laminatmodell verwendet. Zum einen wird dieses sowohl konzeptionell erweitert, so dass insbesondere Grenzschichteffekte zusätzlich berücksichtigt werden. Im Kontext der Mischungstheorie werden die den Laminaten zugeordneten Volumenfraktionen als interne Variablen eingeführt. Zum anderen wird die Mikrostrukturentwicklung mittels einer Level-Set Methode im Kontext der Methode der Finiten Elemente ortsaufgelöst simuliert. Beide in diesem Projekt zu entwickelnden Formulierung sollen auf der Ebene von Einkristallen anhand experimenteller Daten kalibriert werden. Finite Elemente Simulationen, für welche die Platzierung und Orientierung einzelner Körner direkt berücksichtigt werden kann, ermöglichen die Simulation eines Mehr- bzw. Oligokristalls mit beiden Modellen. Die Level-Set Formulierung beinhaltet methodisch bedingt mehr Informationen als das alternative Laminat Modell, da die Mikrostruktur ortsaufgelöost simuliert wird - es ist jedoch mit höheren Rechenzeiten verbunden, so dass ein Vergleich beider Modell dazu beiträgt, die Qualität und den Anwendungsbereich des numerisch effizienteren Laminat-Modells zu erfassen. Beide Modelle tragen somit zum verbesserten Verständnis der lokalen Mikrostrukturentwicklung in technologisch eingesetzten Ferroelektrika bei. Dies ermöglicht eine verbesserte Vorhersage von, z.B., Lebensdauereigenschaften für typische ferroelektrische Aktuatoren und Sensoren.

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