dissertação
Caracterização estrutural e estudo do efeito de íons mistos no sistema K-Li metafosfato
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Resumo
Os vidros fosfatos vêm despertando o interesse dos pesquisadores, por apresentar
propriedades interessantes, como: baixo ponto de fusão, alta condutividade iônica, boa
transparência óptica, alto coeficiente de expansão, maior habilidade em dissolver grandes
quantidades de metais óxidos alcalinos e com grandes potencialidades de aplicação
tecnológica, como sensores, baterias de estado sólido, imobilizadores de resíduos industriais,
etc. Diferentes formulações de sistemas vítreos de alcalinos têm sido desenvolvidas para a
utilização em eletrólitos sólidos em baterias devido a sua condutividade iônica. Entretanto a
mistura de dois íons diferentes em uma mesma matriz vítrea pode ocasionar o surgimento de
um efeito conhecido como efeito de íons mistos (MIE- do inglês- mixed ion effect). Esse
efeito provoca variações não lineares em várias propriedades físicas, especialmente na
condutividade iônica, levando a um aparecimento de um mínimo, à medida que a
concentração dos íons presentes na rede vítrea varia. Neste trabalho o objetivo foi a
preparação de vidros fosfatos no sistema K
x
Li(1-x)PO3
, com 0 ≤ x ≤ 1, e estudar o MIE em
algumas propriedades tais como: temperatura de transição vítrea, densidade e condutividade
iônica. A estrutura amorfa foi verificada por Difração de raios X (DRX) e a caracterização
estrutural foi realizada através das técnicas de espectroscopia Raman e Ressonância
Magnética Nuclear (RMN). O estudo das propriedades físicas dos vidros foi realizado através
das técnicas de Calorimetria Diferencial Exploratória (DSC), Densidade pelo Método de
Arquimedes e Espectroscopia de Impedância. Análises de DSC mostram que a transição
vítrea (Tg) exibe um fraco MIE. A condutividade iônica mostra um MIE intenso onde é
possível verificar uma variação de aproximadamente sete ordens de grandeza com relação ao
comportamento linear em temperatura ambiente. Este estudo confirma que o efeito de íons
mistos pode ser explicado como uma consequência natural da mistura aleatória de íons,
validando o modelo da distribuição aleatória de íons no estudo de mais um sistema vítreo
ainda não encontrado na literatura.
Abstract
The phosphate glasses have awakened the interest of researchers due to its interesting
properties, such as: low melting point, high ionic conductivity, good optical transparency,
high expansion coefficient, better ability in dissolving big amounts of alkaline oxide metals
and high potential in technological applications like sensors, solid state batteries, industrial
waste immobilizers, etc. Different formulations of alkaline vitreous systems have been
developed to be used in solid electrolytes batteries, due to its ionic conductivity. Nevertheless,
the mixture of two different ions in the same vitreous matrix can cause an effect known as
mixed ion effect (MIE). This effect provokes non-linear variations in many physical
properties, specially in the ionic conductivity, leading a minimum to heat up as the
concentration of ions in the vitreous net varies. The main objective of this paper was the
preparation of phosphates glasses in the system K
x
Li(1-x)PO3
, in which 0 ≤ x ≤ 1, and to
study the MIE in some properties such as: vitreous transition temperature, density and ionic
conductivity. The amorphous structure has been verified by X-ray diffraction (XRD), and the
structural characterization has been done through the techniques Ramman spectroscopy and
Nuclear Magnetic Resonance (NMR). The study of physical properties of glasses has been
done by the techniques Differential Scanning Calorimetry (DSC), Density by the Archimedes
method and Impedance Spectroscopy. Analysis of DSC show that vitreous transition (Tg)
exhibit a weak MIE. The ionic conductivity presents an intense MIE in which it is possible to
verify a variation of approximately seven orders of magnitude compared to the linear behavior
in room temperature. This study establishes that the mixed ion effect can be explained as a
natural consequence of the random mixture of ions, validating the model of the random
distribution of ions in the study of another vitreous system not yet found in literature.
Descrição
Área de concentração
Linha de pesquisa
Agência de desenvolvimento
Palavra chave
Marca
Objetivo
Procedência
Impacto da pesquisa
Resumen
Palavras-chave
Efeito de íons mistos, Vidros metafosfatos - Caracterização estrutural, Difração de raios X, Ressonância magnética nuclear, Calorimetria diferencial exploratória, Transição vítrea, Mixed ion effect, Metaphosphate glasses - Structural characterization, X-ray diffraction, Nuclear magnetic resonance, Differential scanning calorimetry, Vitreous transition
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Citação
SANTOS, I. M. N. dos. Caracterização estrutural e estudo do efeito de íons mistos no sistema K-Li metafosfato. 2019. 61 p. Dissertação (Mestrado em Física)-Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2019.