Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,118

ВЛИЯНИЕ СОДЕРЖАНИЯ K2S НА СТРУКТУРУ И ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ СТЕКОЛ СИСТЕМЫ KPO3-K2S

Зарецкая Г.Н.

В последнее время большое внимание уделяется созданию стеклообразных композиций с высокой ионной проводимостью для использования в качестве твердых электролитов для химических источников тока, необходимых при создании преобразователей информации; химических датчиков при проведении ряда технологических процессов и т.д.

Для более полного понимания влияния щелочного катиона и добавок сульфидов на структуру и физико-химические свойства щелочных фосфатных стекол были изучены стекла системы KPO3-K2S.

В стеклообразный KPO3 удалось ввести до 15 мол% сульфида калия. Результаты измерения электропроводности стекол системы KPO3-K2S представлены а таблице 1.

Таблица 1. Измерения электропроводности стекол системы KPO3-K2S

Состав стекла по синтезу, мол%

σ25 х 109
Ом-1 см-1

σ25 х 107
 Ом-1 см-1

lgσ0

Энергия активации

низкотемп. Эв

высокотемп.Эв

KPO3

6,4

8,1

1,5

0,66

1,27

95KPO3 - 5K2S

3,2

5,6

2,1

0,65

1,40

90KPO3 - 10K2S

2,0

4,6

2,3

0,68

1,45

85KPO3 - 15K2S

1,6

4,6

2,6

0,7

1,51

На кривых температурных зависимостей электропроводности lgσ=f(1/T) наблюдаются отчетливые изломы при температуре 100оС, появление которых может быть обусловлено либо сменой механизма миграции иона данного вида в различных по составу фрагментах структуры стекла, либо изменением природы носителя тока.

Энергия активации электропроводности в высокотемпературной области в 2 раза выше энергии активации в низкотемпературной области и повышается с увеличением содержания сульфида калия. Энергия активации в низкотемпературной области практически остается постоянной, а электропроводность меняется незначительно и падает по мере введения K2S. Уменьшение электропроводности с добавлением K2S в низкотемпературной области можно рассматривать как результат полищелочного эффекта между ионами К+ и Н+. Концентрация калия в KPO3 равна 2,1.10-2 моль/cм3. Чтобы связать все структурные единицы К+О- -Р≡ в смешанные квадруполи требуется концентрация протонов 2,1х10-2 моль/см3, что соответствует содержанию воды в стекле 5%. Содержание воды в стеклах может достигать 13% в зависимости от состава и условий синтеза. При увеличении температуры до 1000С происходит частичная дегидратация, проводимость в высокотемпературной области определяется миграцией ионов калия.

Увеличение энергии активации в высокотемпературной области с ростом содержания сульфида калия можно объяснить, тем, что при добавлении К2S возрастает количество различных структурных фрагментов, таких как К+О-РО3/2 ; К+Н+О2 - PО2/2 , H+S--P≡ ; K+S- - P≡ ; и др.; что приводит к блокированию ионов, участвующих в переносе электрического тока.

Предложенная на основании изучения электропроводности модель строения стекол системы KPO3-K2S позволяет убедительно интерпретировать данные ИК спектроскопического анализа. С увеличением содержания сульфида калия уменьшается интенсивность полос в районе 1266см-1as PO2) и 760см-1 (νs P-O-P), что можно связать с уменьшением длины полифосфатных цепей. Увеличение интенсивности полосы 1150см-1 и появление новой полосы 735см-1 свидетельствует о появлении в структуре стекла группировкиР2О f. При содержании 15мол% К2S в ИК спектре поглощения появляются слабые полосы в районе 630см-1 и 490см-1, что свидетельствует о появлении новых серосодержащих анионных фрагментов в структуре стекла. Интенсивность полос в области2340-2380см-1, 2940см-1, и 3460-3480см-1 уменьшается с увеличением содержания сульфида калия, что говорит о частичном обезвоживании.

Очевидно, что при добавлении К2S к стеклообразному метафосфату калия, происходят структурные преобразования, подобные наблюдаемым в литиевых и натриевых стеклах. Деполяризация в стеклах системы KPO3-K2S происходит в меньшей мере: по данным ИК-спектроскопии ортофосфаты в стеклах состава KPO3-K2S не обнаружены.


Библиографическая ссылка

Зарецкая Г.Н. ВЛИЯНИЕ СОДЕРЖАНИЯ K2S НА СТРУКТУРУ И ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ СТЕКОЛ СИСТЕМЫ KPO3-K2S // Фундаментальные исследования. – 2005. – № 3. – С. 42-43;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=5845 (дата обращения: 16.08.2018).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252