Espectroscopia de impedância em vidros 22Na2O·8CaO·65SiO2·5MO2 (M = Si, Ti, Ge, Zr, Sn, Ce) sem e com troca iônica Ag+ Na+

Pós-graduação em Física - IGCE

Neste trabalho foi avaliada a condutividade elétrica de vidros com composição (mol%) 22Na2O·8CaO·65SiO2·5MO2, com M = Si, Ti, Ge, Zr, Sn e Ce, sem e com troca iônica Ag+↔Na+ em 350 ºC por 1 hora. Após a troca iônica, amostras também foram submetidas a tratamento térmico em 500 ºC durante 24 horas. As medidas elétricas foram realizadas com um analisador de impedâncias Solartron. Foram analisados gráficos de Z” vs. Z’ e de σ’ vs. f em função da temperatura com o objetivo de se determinar, de duas maneiras diferentes, as energias de ativação para a condutividade elétrica, Eσ. Os valores das resistências elétricas das amostras são obtidos a partir de gráficos Z” vs. Z’ quando Z” se anula para baixas frequências. Conhecendo-se o parâmetro geométrico da amostra, calcula-se a condutividade para corrente contínua, σdc. Através das curvas σ’ vs. f determina-se σdc quando f → 0. Gráficos de Ln σdc vs. T-1 possibilitaram determinar 0,724 < Eσ < 0,826 eV, valores que concordam com os encontrados na literatura. Após submetidas à troca iônica, as amostras apresentaram aumento da condutividade. Por outro lado, o tratamento térmico posterior diminui a condutividade da maioria das amostras, provavelmente, devido à formação de nanopartículas de prata metálica na matriz vítrea. Para verificar alterações da composição devido à troca iônica e ao tratamento térmico utilizamos a técnica de espectroscopia de energia dispersiva de raios-X, EDS, no volume e na superfície das amostras. Verificou-se que a Ag migra para o volume durante o tratamento térmico, tendendo a tornar constante a sua distribuição, dependendo do cátion tetravalente, M4+, presente na matriz vítrea. A espectroscopia de reflexão difusa no infravermelho, DRIFT, indicou alterações na estrutura da superfície das...

In this work, it has been evaluated the electrical conductivity of glasses with composition (mol%) 22Na2O·8CaO·65SiO2·5MO2, with M = Si, Ti, Ge, Zr, Sn and Ce, without and with ion exchange Ag+↔Na+ at 350 ºC for 1 hour. After the ion exchange, samples were also submitted to thermal treatment at 500 ºC for about 24 hours. Electrical measurements were carried out with a Solartron impedance analyzer. Z” vs. Z’ and σ’ vs. f plots were analyzed as a function of temperature in order to determine, by two distinct approaches, the activation energies for the electrical conductivity, Eσ. The values of the electrical resistances of the samples are obtained from Z” vs. Z’ plots when Z” nulls itself at low frequencies, and knowing the geometric parameter of the sample, the continuous current conductivity, σdc, can then be calculated. Through σ’ vs. f plots, one can determine σdc when f → 0. We were able to determine 0,724 < Eσ < 0,826 eV by Ln σdc vs. T-1 plots, and those values agree with the ones found in the literature. When submitted to ion exchange, the samples showed an increased conductivity. On the other hand, a subsequent thermal treatment diminishes the conductivity for most of the samples, probably due to the formation of metallic silver nanoparticles in the vitreous matrix. In order to check for compositional modifications due to the ion exchange and thermal treatment, we have employed the energy dispersive X-ray spectroscopy technique, EDS, in the bulk and surface of the samples. It has been observed that Ag migrates towards the bulk during the thermal treatment, tending to reach a constant distribution, depending on the tetravalent cation, M4+, in the vitreous matrix. The diffuse reflectance infrared Fourier transform, DRIFT, have pointed changes in the surface structure of the samples... (Complete abstract click electronic access below)