hrvatski

Korelacija između električne vodljivosti i mikrostrukture ZnO-Fe2O3-P2O5 stakla

U posljednje su vrijeme istraživanja fosfatnih stakala potaknuta njihovom mnogostrukom tehnološkom uporabom u elektronici i biomedicini. Poznavanje odnosa sastava-strukture-svojstava ključno je za njihov odabir u visokoj tehnologiji. Međutim mnoga fosfatna stakla kemijski su nestabilna što smanjuje njihovu uporabnu moć. Izuzetak su fosfatna stakla koja sadrže okside prijelaznih metala. Posebno mjesto zauzimaju željezna fosfatna stakla dopirana drugim metalima zbog svojih specifičnih strukturnih i električnih svojstava [1, 2]. U novije doba od interesa su istraživanja električnih svojstava nano- kristaliziranih stakala zbog izrazitog povećanja električne provodnosti [3]. U ovom radu istraživan je utjecaj inducirane kristalizacije na strukturu i električna svojstva 10ZnO-30Fe2O3-60P2O5 stakla. Rendgenska difrakcijska analiza i ramanska spektroskopija pokazuju strukturne promjene tijekom kristalizacije: od amorfnog stakla preko nanokristala koji se javljaju na temperaturi prve kristalizacije TC1 (6890C), do potpune kristalizacije na temperaturi TC2 (7600C). Nakon kristalizacije na TC1 iz stakla se izdvajaju kristali Fe3(P2O7)2. SEM pokazuje da su kristalna zrna veličine od 20-50 nm raspršena u staklenoj matrici. Daljnje povećanje temperature uzrokuje masovnu kristalizaciju i na temperaturi TC2 uz Fe3(P2O7)2 pojavljuje se i FePO4 kristalna faza, veličina kristala raste, a količina preostale staklene faze je minimalna. Električna provodnost kristaliziranih uzoraka određena je impedancijskom spektroskopijom u vrlo širokom frekvencijskom (10- 2 Hz do 1 MHz) i temperaturnom području (30- 2500C). Najniža električna provodnost nađena je kod stakla dok nastanak nanokristalnih Fe3(P2O7)2 zrna na temperaturi TC1, 6800C povećava električnu provodnost za dva reda veličine. Porast električne provodnosti rezultat je povećanja koncentracije Fe2+- Fe3+ para duž granica faza između zrna i staklene matrice. Nakon kristalizacije na temperaturi TC2, 7600C, električna provodnost pada. Pad električne provodnosti može se objasniti smanjenjem interakcija među Fe-položajima u kristalnim fazama zbog slabo definiranih puteva transporta nosilaca naboja. To je rezultat prisutnosti većih kristalnih zrna (mikro područje) i nestanka staklene faze zbog masovne kristalizacije.

fosfatna stakla; kristalizacija. impedancijska spektroskopija; ramanska spektroskopija

nije evidentirano