Riassunto analitico
I vetri contenenti ossidi di metalli di transizione (TMO) sono sistemi di particolare interesse poiché caratterizzati da proprietà ottiche ed elettriche che li rendono adatti a molti impieghi, come, ad esempio, per la realizzazione di dispositivi allo stato solido e rivelatori per applicazioni fisiche o mediche. Tra questi sistemi, i vetri tellurio vanadati sono noti per il loro comportamento da semiconduttori che deriva dalla presenza di TMO in più di uno stato di valenza (V4+ e V5+) e che può essere descritto dalla teoria dello Small Polaron Hopping (SPH). In questo lavoro, ci si ripropone di studiare quattro composizioni di vetri tellurio vanadati drogati con CuO, Cu2O, FeO, Fe2O3 con l'obiettivo di migliorarne ulteriormente la conduttività elettrica. I campioni sono stati preparati mediante un processo di tempra e, per alcuni, è stato applicato un successivo trattamento termico teso a favorirne la cristallizzazione. Sono stati, quindi, applicati cicli di riscaldamento di durata differente per valutare l'influenza della quantità di fase cristallina sulla conducibilità elettrica. Le misure di conducibilità DC sono state eseguite sia sui campioni amorfi che cristallini e sono state condotte a temperatura ambiente mediante spettroscopia di impedenza ed elettrometria ad alta resistenza. I campioni contenenti CuO risultano beneficiare maggiormente della ricottura presentando un incremento di conduttività elettrica da 10-7(Ω cm)-1 per il vetro a 10-4(Ω cm)-1 per il vetroceramico. Si può affermare, in generale, che per i vetri drogati con rame, la conduttività aumenta fortemente quando si passa da una struttura disordinata ad una ordinata, mentre il beneficio è meno significativo per le composizioni contenenti ferro. Inoltre, i campioni contenenti Fe2O3 mostrano la peggiore conduttività sia tra i campioni amorfi che tra quelli cristallini. Al fine di studiare l'influenza su questi risultati sia della presenza che della natura della fase cristallina, i campioni sono stati sottoposti ad analisi XRD, FEGSEM ed EDS. In particolare, nei campioni ricotti contenenti ferro si è osservata una dispersione non omogenea della fase cristallina, d'altra parte i campioni contenenti rame sono caratterizzati da un più alto grado di omogeneità. I campioni sono stati ulteriormente caratterizzati con le metodologie Raman, FTIR, dal confronto tra i valori di densità e delle proprietà termiche (Tg e ∆T) ricavate in DSC.
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Abstract
Glasses containing transition metal oxides (TMO) are systems of interest due to optical and electrical properties that make them suitable for many uses, including solid-state devices and detectors for physical or medical applications. Among them, vanado-tellurite glasses are well-known for their semiconductor behaviour that derives from the presence of TMO in more than one valence state (V4+ and V5+) and that can be described by the Small Polaron Hopping (SPH) theory. In this work, four compositions of vanado-tellurite glass doped with CuO, Cu2O, FeO, Fe2O3 are studied with the goal of further enhancing their electronic conductivity. The above-mentioned samples are prepared through a melt-quenching method and a subsequent heat treatment to promote crystallization. Various heating cycles are carried out to assess the influence of the amount of crystalline phase on electrical conductivity. DC Conductivity measurements are performed on both amorphous and crystalline samples, and the electrical properties are measured through impedance spectroscopy and High Resistance Electrometry (at room temperature). Samples containing CuO are those that benefit the most from annealing since they present an electrical conductivity spanning from 10-7(Ω cm)-1 for glass to 10-4(Ω cm)-1 for glass-ceramics. For these copper-doped glasses, conductivity strongly increases when moving from a disordered structure to an ordered one while is less significant for the other glass compositions. Furthermore, the samples containing Fe2O3 show the worst conductivity both in amorphous and in crystalline samples. In order to investigate the influence of the presence and nature of crystalline phase on these results, the samples are subjected to XRD, FEGSEM-EDS analysis. In particular a non-homogeneous dispersion of crystalline phase is observed in the annealed samples containing iron, on the other hand samples containing copper are characterized by a higher degree of homogeneity. The samples are further characterized with Raman, FTIR methodology and their density and thermal properties (Tg and ∆T) are compared.
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