Vidros fosfatos com tungstênio: incorporação de cátions alcalinos e sua influência nas propriedades estruturais e condutoras
| dc.contributor.advisor1 | Nalin, Marcelo | |
| dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/3349586880746735 | por |
| dc.contributor.author | Munhoz, João Fernando Villarrubia Lopes | |
| dc.contributor.authorlattes | http://lattes.cnpq.br/6368056523452713 | por |
| dc.date.accessioned | 2018-06-06T13:03:12Z | |
| dc.date.available | 2018-06-06T13:03:12Z | |
| dc.date.issued | 2018-03-23 | |
| dc.description.abstract | Many glasses have been studied as solid electrolytes in behalf of replacing commercial liquid electrolytes. However, even for the best glass compositions available in the literature, values of conductivity similar to those presented by liquids are far beyond to be achieved. This work intends to show how changes in the structure, by means of composition, can help to increase the conductivity in oxide glasses. Samples with composition x WO3 - 0.30 (NaPO3)n - (0.70-x) NaF, with 0,30 ≤ 𝑥 ≤ 0,60;, were produced by melting quenching methodology. Substitution of tungsten for sodium fluoride generates a linear decrease of glass transition temperature while the stability remains high enough up to 𝑾 = 𝟒𝟎 %𝒎𝒐𝒍 and decreasing for higher WO3 content. Raman and 31P and 19F 1D MAS-NMR spectroscopies data shows that the less NaF leads to a depolymerization of main phosphate chains, due to formation of 𝑷 − 𝑶 − 𝑾 bonds. In addition, fluorine atoms prefer to bind in the 𝑷 − 𝑭 form, with low tungsten content, or in 𝑾 − 𝑭, with high proportion All samples showed same calculated values of Ea for ionic conductivity and drop of σ0. For higher fluoride proportion, it was observed a rise in the conductivity of around one order of magnitude. However, UV-Vis absorption curves demonstrate more presence of W5+ species in samples with 𝑾 ≥ 𝟓𝟎 %𝒎𝒐𝒍. This leads to a mixed conductivity of these materials. In order to obtain maximum ionic conductivity, NaF and (NaPO3)n were replaced by Li2O and (LiPO3)n respectively. Samples with composition x WO3 – 0.40 (LiPO3)n – (0.60-x) Li2O, with 0.30 ≤ 𝑥 ≤ 0.50; 0.40 WO3 – y (LiPO3)n – (0.60- y) Li2O, with 0.30 ≤ 𝑦 ≤ 0.50 and z WO3 – (0.80-z) (LiPO3)n – 0.20 Li2O, with 0.30 ≤ 𝑧 ≤ 0.50; were also produced using the melting quenching methodology. The three series of samples presented linear increase of Tg with their respective substitutions, besides having good thermal stability (> 100 °𝐶). Raman and 31P 1D MAS-NMR spectroscopies data exhibited the influence of WO3 content on the depolymerization of phosphate chains, as well as the formation of WO6 unit clusters, when much tungsten is present. Although UV-Vis absorption spectra indicate mixed conductivities in some samples, calculated values of ionic conductivity show that the most conductive sample without presence of reduced species reached 6.3 10−4Ω−1𝑐𝑚−1, comparable to conductive crystalline samples. | eng |
| dc.description.resumo | Muitos vidros têm sido estudados como eletrólitos sólidos, a fim de substituírem eletrólitos líquidos comerciais. No entanto, mesmo para composições vítreas ótimas na literatura, valores de condutividade similares àqueles presentes pelos líquidos estão muito além do alcançado. Este trabalho pretende mostrar como as mudanças na estrutura, por meio da composição, podem ajudar a aumentar a condutividade em vidros óxidos. Amostras com composição x WO3 – 0,30 (NaPO3)n – (0,70-x) NaF, com 0,30 ≤ 𝑥 ≤ 0,60; foram produzidas por meio da metodologia fusão/resfriamento. Substituição de tungstênio por fluoreto de sódio gera um decréscimo linear da temperatura de transição vítrea, enquanto que a estabilidade permanece alta até 𝑊 = 40 % 𝑚𝑜𝑙 e decresce para alto teor de WO3. Dados de Espectroscopias Raman e 31P e 19F MAS-NMR mostram que pouco NaF leva a despolimerização das cadeias principais de fosfato, devido a formação de ligações 𝑃 − 𝑂 − 𝑊. Além disso, átomo de flúor prefere ligar-se na forma 𝑃 − 𝐹, com baixa proporção de tungstênio, ou em 𝑊 − 𝐹, com alta proporção. Todas as amostras apresentaram mesmos valores calculados de energia de ativação para condutividade iônica e queda de σ0. Para maior proporção de fluoreto, observou-se um incremento por volta de uma ordem de magnitude. Entretanto, curvas de absorção no UV-Vis demonstrou a maior presença de espécies W5+ em amostras com 𝑊 ≥ 50 % 𝑚𝑜𝑙. Isto leva a uma condutividade mista destes materiais. A fim de se obter condutividade iônica máxima, NaF e (NaPO3)n foram substituídos por Li2O e (LiPO3)n respectivamente. Amostras com composições x WO3 – 0,40 (LiPO3)n – (0,60-x) Li2O, com 0,30 ≤ 𝑥 ≤ 0,50; 0,40 WO3 – y (LiPO3)n – (0,60-y) Li2O, com 0,30 ≤ 𝑦 ≤ 0,50 e z WO3 – (0,80-z) (LiPO3)n – 0,20 Li2O, com 0,30 ≤ 𝑧 ≤ 0,50; também foram produzidas por meio da metodologia fusão/resfriamento. As três séries de amostras apresentaram incremento linear de Tg com suas respectivas substituições, além de terem boa estabilidade térmica (> 100 °𝐶). Dados de Espectroscopia Raman e 31P MAS-NMR registraram a influência do teor de WO3 na despolimerização das cadeias de fosfato, bem a formação de clusters de unidades de WO6, quando muito tungstênio se faz presente. Apesar de curvas de absorção no UV-Vis indicarem a condutividade mista em algumas amostras, valores calculados de condutividade iônica mostram que a amostra mais condutora e sem a presença de espécies reduzidas, atingiu 6,3 10−4 Ω−1𝑐𝑚−1, comparável com amostras cristalinas condutoras. | por |
| dc.description.sponsorship | Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) | por |
| dc.description.sponsorshipId | CNPq: 141905/2013-1 | por |
| dc.identifier.citation | MUNHOZ, João Fernando Villarrubia Lopes. Vidros fosfatos com tungstênio: incorporação de cátions alcalinos e sua influência nas propriedades estruturais e condutoras. 2018. Tese (Doutorado em Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2018. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/10129. | * |
| dc.identifier.uri | https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/10129 | |
| dc.language.iso | por | por |
| dc.publisher | Universidade Federal de São Carlos | por |
| dc.publisher.address | Câmpus São Carlos | por |
| dc.publisher.initials | UFSCar | por |
| dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Química - PPGQ | por |
| dc.rights.uri | Acesso aberto | por |
| dc.subject | Vidros fosfatos | por |
| dc.subject | Condutividade iônica | por |
| dc.subject | Condutividade mista | por |
| dc.subject | Estrutura vítrea | por |
| dc.subject | Vidros tungstênio | por |
| dc.subject | Phosphate glasses | eng |
| dc.subject | Ionic conductivity | eng |
| dc.subject | Mixed conductivity | eng |
| dc.subject | Glass structure | eng |
| dc.subject | Tungsten glasses | eng |
| dc.subject.cnpq | CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA INORGANICA | por |
| dc.title | Vidros fosfatos com tungstênio: incorporação de cátions alcalinos e sua influência nas propriedades estruturais e condutoras | por |
| dc.title.alternative | Phosphate glasses with Tungsten: incorporation of alkaline cations and its influence on structural and conductive properties | eng |
| dc.type | Tese | por |
| dc.ufscar.embargo | Online | por |
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