April 2017

Aufgrund ihrer hohen Sauerstoffspeicherkapazität werden feste Lösungen von Cerdioxid und Zirkoniumdioxid (CexZr1-xO2) häufig in katalytischen Anwendungen wie z.B. dem Drei-Wege-Katalysator im Abgasstrang moderner Fahrzeuge verwendet. In den letzten Jahren rückten nanostrukturierte Cerzirkoniumdioxid basierte Materialien zusätzlich aufgrund einer erhöhten Protonenleitfähigkeit bei tiefen Temperaturen in den Fokus des Interesses. Der Ursprung der Protonenleitfähigkeit wird allerdings stark debattiert.Um den Einfluss der Luftfeuchtigkeit auf die elektrischen Transportprozesse zu untersuchen, verwenden wir Cerzirkoniumdioxid-Dünnschichten als Modellsystem, welche mittels gepulster Laserablation abgeschieden wurden. Zur Messung der elektrischen Leitfähigkeit der Dünnfilme parallel zur Oberfläche wurden Platin-Interdigitalelektrode mittels photolithographischer Methoden im Mikro- und Nanostrukturierungslabor (MiNa) des Zentrums für Materialforschung (LaMa) präpariert. Das linke Bild zeigt die Temperaturabhängigkeit der Gesamtleitfähigkeit, welche aus Impedanzmessungen an einem Cerzirkoniumdünnfilm ermittelt wurde. Eine Rasterelektronenmikroskopie-Aufnahme des Dünnfilms ist im rechten Bild zu sehen. Bei geringer relativer Luftfeuchtigkeit ist ein protonischer Betrag zur Leitfähigkeit nur bei niedrigen Temperaturen zu beobachten. Unter hoher relativer Luftfeuchtigkeit bildet sich innerhalb des Temperaturbereichs von 400 °C bis 30°C ein Leitfähigkeitsplateau aus, welches auf die Bildung eines Wasserfilms zurückzuführen ist. (Bild eingereicht von Matthias Kleine-Boymann)