Ionic conductivity and mixed-ion effect in mixed alkali metaphosphate glasses

Tsuchida, Jefferson Esquina; Ferri, F. A.; Pizani, P. S.; Rodrigues, Ana Cândida Martins; Kundu, Sudipta; Schneider, José Fabián; Zanotto, Edgar Dutra

doi:10.1039/c6cp07876a

Cited by 22 publications

(9 citation statements)

References 21 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…The ability of the improved FFs to reproduce ionic conductivity has been tested using mixed Na-K aluminosilicate glasses named SAN, SANK, and SAK with composition These glasses present the so-called mixed alkali effect [91,92], a large nonlinear deviation in dynamical properties (diffusion, viscosity, chemical durability, and the glass transition temperature [93]) observed when an alkali cation is gradually replaced by another alkali cation. The ionic conductivity (resistivity) of glasses exhibiting this effect shows a deep minimum (maximum) when half of the alkaline ions of type A are replaced by type B ions, meaning that cation mobility progressively reduces up to a substitution ratio equal to unity.…”

Section: Ionic Conductivity and Resistivitymentioning

confidence: 99%

Improved empirical force field for multicomponent oxide glasses and crystals

Bertani

Menziani

Pedone

2021

Phys. Rev. Materials

View full text Add to dashboard Cite

widely used for the simulation of a large variety of silicates, aluminosilicate and phosphate crystals, and multicomponent oxide glasses have been revised and improved by the inclusion of two types of three-body interactions acting between T-O-T bridges (T = Si and P) and network former-network former repulsive interactions. The FFs named Bertani-Menziani-Pedone (BMP)-harm and BMP-shrm better reproduce the T-O-T bond angle distributions (BADs) and network former-oxygen distances. Consequently, the prediction of Q n distributions (Q stands for quaternary species, and n is the number of bridging oxygens around it), neutron total distribution functions, solid-state nuclear magnetic resonance spectra of spin active nuclei ( 29 Si, 17 O, 31 P, 27 Al), and the density have also been hugely improved with respect to the previous version of our FF. These results also highlight the strong correlation between the T-O-T BADs and the other short and intermediate structural properties in oxide glasses, which have been largely neglected in the past. In addition to the improvement of the structure, the FF has been revealed to reproduce well the ionic conductivity in mixed alkali aluminosilicate glasses and the elastic properties. The systematic comparison with other interatomic potential models, including the polarizable core-shell model, carried out in this paper showed that our potential model is more balanced and effective for simulating a vast family of crystalline and amorphous oxide-based systems.

show abstract

Section: Ionic Conductivity and Resistivitymentioning

confidence: 99%

Improved empirical force field for multicomponent oxide glasses and crystals

Bertani

Menziani

Pedone

2021

Phys. Rev. Materials

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…Therefore, despite the cation size may play a certain role in limiting the simultaneous diffusion of index carrier elements, it seems that it would not be sufficient by itself to account for the high differences here observed between the Baor La-glass samples and the Ba-La-glass. Additionally, it must be considered that the MAE is strongly reduced when the temperature of the glass increases, as it has been observed for the thermal conductivity or the viscosity of phosphate and aluminosilicate glasses [42][43][44], which makes it difficult to justify the existence of a similar effect in a very high temperature melt, such as the one induced upon fs-laser irradiation.…”

Section: Local Compositional Changes and Migration Competition Effectsmentioning

confidence: 99%

Competition Effects during Femtosecond Laser Induced Element Redistribution in Ba- and La-Migration Based Laser Written Waveguides

et al. 2021

View full text Add to dashboard Cite

Fs-laser induced element redistribution (FLIER) has been a subject of intensive research in recent years. Its application to various types of glasses has already resulted in the production of efficient optical waveguides, tappers, amplifiers and lasers. Most of the work reported on FLIER-based waveguides refers to structures produced by the cross-migration of alkali (Na, K) and lanthanides (mostly La). The latter elements act as refractive index carrying elements. Herein, we report the production of Ba-based, FLIER-waveguides in phosphate glass with an index contrast > 10−2. Phosphate glasses modified with the same amount of Na2O and K2O, and variable amounts of BaO and/or La2O3 were used to produce the FLIER-waveguides with Ba and or La acting as index carriers. Ba-only modified glasses show a waveguide writing threshold and light guiding performance comparable to that of La-based structures. However, mixed Ba-La glasses show a much higher element migration threshold, and much smaller compositionally modified regions. This behavior is consistent with a competition effect in the cross-migration of both elements (Ba and La) against the alkalis. Such an effect can be applied to inhibit undesired element redistribution effects in fs-laser processing applications in multicomponent glasses.

show abstract

“…Fonte: Elaborada pelo autor, dados para composição de 0 SrO de TSUCHIDA. (12) Na Figura 4.19, nota-se que a energia de ativação possui um comportamento não aditivo com a razão de substituição, apresentando um valor máximo de E a em um valor intermediário de Li/Li+Cs. Tal comportamento evidencia a presença do EIM nos sistemas estudados, ainda que perturbados com a adição de um íon pouco móvel, Sr 2+ .…”

Section: Espectroscopia De Impedância Complexaunclassified

“…As curvas tracejadas são apenas guias para os olhos. Fonte: Elaborada pelo autor, dados para composição de 0 SrO de TSUCHIDA (12).…”

unclassified

See 1 more Smart Citation

Vidros fosfatos de íons alcalinos e alcalinos terrosos

Morguetto¹

View full text Add to dashboard Cite

O estudo de vidros fosfatos tem importância tanto básica quanto tecnológica, dada a existência de correlação entre a estrutura da rede vítrea e a dinâmica iônica com propriedades macroscópicas, tais como estabilidade química, condutividade elétrica e temperatura de transição vítrea. Em alguns sistemas vítreos binários é observada a ocorrência do Efeito de Íons Mistos (EIM), um forte desvio da aditividade nas propriedades relacionadas ao transporte, como a condutividade elétrica em corrente continua (CC), em função da razão de substituição entre os íons móveis. Este é o caso do sistema vítreo Cs-Li metafosfato, no qual observou-se uma redução em 8 ordens de grandeza na condutividade CC com relação ao comportamento aditivo. Dois modelos recentes que tentam explicar as origens do EIM são o "Dynamic Structure Model" e o "Random Ion Distribution Model". Estes modelos consideram duas condições básicas para a ocorrência do EIM: a existência de sítios estruturais adaptados para a alocação de cada espécie de cátion e sua mistura aleatória na matriz vítrea.Este trabalho pretende desenvolver uma melhor compreensão do EIM e da validade dos modelos empregados, através da análise do EIM no sistema vítreo Cs-Li metafosfato submetido à introdução de uma terceira espécie iônica, o Sr. A partir da análise das mudanças na estrutura e na dinâmica no sistema, foram verificadas as hipóteses dos modelos citados, no sistema 0,5− − ( 3 ) 0,5 com frações molares 0 ≤ ≤ 0,375 e 0 ≤ ≤ 0,4. As informações estruturais nestes vidros foram obtidas através de técnicas de Ressonância Magnética Nuclear (RMN) de estado sólido de 7 Li, ³¹P e ¹³³Cs. A análise do desvio químico de 133 Cs revelou a contração uniforme nos ambientes de coordenação do íon com o aumento da densidade atômica de Cs (N Cs ), relacionado a substituição por espécies de menor potencial iônico. Observou-se, ainda, um comportamento linear comum do desvio químico de 133 Cs em função da N Cs , com pouca dependência no tipo de modificador (Li ou Sr) substituindo ao Cs, indicativo da mistura aleatória em escala atômica das espécies iônicas. Através de medições da condutividade CC a partir de espectroscopia de impedância, verificou-se a presença EIM no sistema ternário. Com a adição de SrO ao sistema Cs-Li metafosfato, observou-se uma diminuição do desvio da aditividade em função do aumento na concentração de SrO. No entanto, os valores de condutividade CC diminuíram com o aumento na concentração de SrO.A partir da medição de espectros de RMN estático de 7 Li e da observação de "motional narrowing" em função do aumento da temperatura, calculou-se a energia de ativação ( = 0,68 ± 0,02 ) relacionada ao processo de difusão térmico e observou-se uma equivalência com o valor obtido por espectroscopia de impedância complexa (E = 0,73 ± 0,02 eV). Esta semelhança permite identificar o movimento dos íons detectado por RMN com o movimento de difusão que contribui a condução elétrica CC.Palavras-chave: Vidros metafosfatos. Efeito de íons mistos. RMN de estado sólido.Espectroscopia de impedância.

show abstract

Ionic conductivity and mixed-ion effect in mixed alkali metaphosphate glasses

Cited by 22 publications

References 21 publications

Improved empirical force field for multicomponent oxide glasses and crystals

Improved empirical force field for multicomponent oxide glasses and crystals

Competition Effects during Femtosecond Laser Induced Element Redistribution in Ba- and La-Migration Based Laser Written Waveguides

Vidros fosfatos de íons alcalinos e alcalinos terrosos

Contact Info

Product

Resources

About