Struktur und Eigenschaften von Vanadium-Phosphatgläsern

Abstract

The relations between structure and properties of glasses in the system Ba(P03)2-V205-Ag20 were investigated. It can be shown that the viscosity and working range of these glasses decrease with increasing V2O5 content but increasing Ba(P03)2 improves stability of the glass and also chemical durability. The Raman spectra of glasses in the Ba(P03)2-V205 system show bands due to metaphosphate groups at 675 and 1146 cm^-1 orthophosphate between 965 and 975 cm^-1 as well as between 1045 and 1095 cm^-1. Α glass in the system Ba(P03)2-Ag20 was also investigated and its Raman spectrum showed a typical metaphosphate structure. The dependence of density, thermal expansion and transformation temperature on glass composition showed different values which were directly related to the changes in structure. Measurements of the electrical properties between 20 and 300 °C showed that the semi-conducting character of the glasses can be attributed to the hopping mechanism of small polarons between the vanadium ions in these phosphate glasses. Electron spin resonance resuhs confirm the results of the semi-conductor measurements. In all glasses investigated the ESR signal could be attributed to locahsation of the d-electrons of the vanadium ions as polarons. On etudie la structure et quelques unes des proprietes des verres du systeme Ba(P03)2-V205-Ag20. On montre que leur viscosite et leur palier de travail decroissent lorsque la teneur en V2O5 augmente. Une teneur croissante en Ba(P03)2 stabilise le verre et ameliore sa durabilite chimique. Dans les spectres Raman des verres du systeme Ba(P03)2-V205, on observe des groupements de metaphosphate ä 675 et 1146 cm^-1 et d'orthophospate entre 965 et 975 cm^-1 ainsi qu'entre 1045 et 1095 cm^-1. On etudie de la meme maniere un verre du systeme Ba(P03)2-Ag20; le spectre Raman de ce dernier revele une structure typique de metaphosphate. Les proprietes etudiees en fonction de la composition, ä savoir la masse volumique, le coefficient de dilatation et la temperature de transition vitreuse indiquent des valeurs differentes qui sont directement hees aux modifications structurales. Les mesures des proprietes electriques montrent que dans le domaine de temperature etudie, c'est-à-dire entre 20 et 300 °C, les caracteristiques de semiconducteur sont liees à un mecanisme de sauts des petits polarons entre les ions vanadium des verres de phosphate de vanadium. Les spectres RPE confirment les resultats des etudes sur les semiconducteurs. Tous les verres etudies presentent le signal RPE qui indique la locahsation des electrons d des ions vanadium comme des polarons. Vanadium-Phosphatgläser des Systems Ba(PO3)2-V2O5-Ag2O wurden in bezug auf ihre Struktur und einige ihrer Eigenschaften untersucht. Man konnte zeigen, daß bei diesen Gläsern die Viskosität und die Verarbeitungszeit mit steigendem V2O5-Gehalt abnehmen. Ein zunehmender Ba(PO3)2-Gehalt der Gläser stabilisiert den Glaszustand und verbessert die chemische Beständigkeit. In den Ramanspektren der Gläser des Systems Ba(PO3)2-V2O5 wurden Metaphosphatgruppen bei 675 und 1146 cm^-1 und Orthophosphatgruppen zwischen 965 und 975 cm^-1 sowie zwischen 1045 und 1095 cm^-1 beobachtet. In gleicher Weise wurde ein Glas des Systems Ba(PO3)2-Ag2O untersucht; das Ramanspektrum zeigte eine typische Metaphosphatstruktur. Die in Abhängigkeit von der Zusammensetzung untersuchten Glaseigenschaften Dichte, Wärmeausdehnungskoeffizient und Transformationstemperatur ergaben unterschiedliche Werte, die in direktem Zusammenhang mit den Strukturänderungen stehen. Die Messungen der elektrischen Eigenschaften weisen darauf hin, daß im untersuchten Temperaturbereich zwischen 20 und 300 °C der Halbleitercharakter auf dem Hoppingmechanismus der kleinen Polaronen zwischen den Vanadiumionen der Vanadium-Phosphatgläser beruht. Die ESR-Spektren bestätigen die Ergebnisse der Halbleiteruntersuchungen. Alle untersuchten Gläser zeigten ein ESR-Signal, das auf eine Lokalisierung der d-Elektronen der Vanadiumionen als Polaronen hinweist.