Increasing the conductivity of V2O5 -TeO2 glass by crystallization: structure and charge transfer studies - Publikacja - MOST Wiedzy

Twoje konto

zaloguj

Wyszukiwarka

Increasing the conductivity of V2O5 -TeO2 glass by crystallization: structure and charge transfer studies

Abstrakt

In the present paper, V2O5-TeO2 glass was prepared by the melt-quenching technique. Crystallization of glass with a vanadium content higher than 35%mol results in an increase in electrical conductivity by a few orders of magnitude and a decrease in activation energy from *0.40 to *0.12 eV. In this work, a critical review of existing charge transfer models was presented on the example of V2O5 -TeO2 glass and glass–ceramics. Schnakenberg’s and Friedman-Triberis’ charge transfer models were found to be applicable to both glass and glass– ceramics. Optical phonon frequencies obtained from Schnakenberg’s model are in agreement with FTIR studies. Values of activation energies obtained from the Schnakenberg model decrease after crystallization. Friedman-Triberis’ model shows an increase in the density of states near the Fermi level from 10^19 eV-1 cm-3 in glass, to 10 21 eV-1 cm-3 in glass ceramics. Structural studies show that the main crystallizing phase is Te2V2O9 which occurs with the V2O5 shell in glasses with compositions 50–50%mol and 45–55%mol. It is concluded that crystallization results in the reduction of vanadium ions in the remaining glass matrix which leads to an increase in the V4+/V5+ ratio and therefore, an increase in electrical conductivity.

Cytowania

Autorzy (7)

Cytuj jako

Pełna treść

pobierz publikację
pobrano 30 razy
Wersja publikacji
Accepted albo Published Version
Licencja
Creative Commons: CC-BY otwiera się w nowej karcie

Słowa kluczowe

Informacje szczegółowe

Kategoria:
Publikacja w czasopiśmie
Typ:
Publikacja w czasopiśmie
Opublikowano w:
JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE
ISSN: 0022-2461
Rok wydania:
2023
DOI:
Cyfrowy identyfikator dokumentu elektronicznego (otwiera się w nowej karcie) https://doi.org/10.1007/s10853-023-08560-x
Bibliografia: test
  1. Murawski L, Chung CH, Mackenzie JD (1979) Electrical properties of semiconducting oxide glasses. J Non Cryst Solids 32:91-104. https://doi.org/10.1016/0022-3093(79)90 066-8 otwiera się w nowej karcie
  2. Chung C-H (1979) Electrical properties of semiconducting oxide glasses based on vanadium oxide. University of California
  3. Flynn BW (1977) Electrical and optical properties of vana- dium tellurite glasses. The University of Edinburg otwiera się w nowej karcie
  4. Mansingh A, Dhawan VK, Sayer M (1983) Dielectric relaxation and modulus of V 2 O 5 -TeO 2 glasses. Philos Mag B Phys Condens Matter Stat Mech Electron Opt Magn Prop 48:215-236. https://doi.org/10.1080/13642818308228285 otwiera się w nowej karcie
  5. Greaves GN (1973) Small polaron conduction in V 2 O 5 P 2 O 5 glasses. J Non Cryst Solids 11:427-446. https://doi.org/10. 1016/0022-3093(73)90089-6 otwiera się w nowej karcie
  6. Shimakawa K (1989) On the mechanism of d.c. and a.c. transport in transition metal oxide glasses. Philos Mag B Phys Condens Matter Stat Mech Electron Opt Magn Prop 60:377-389. https://doi.org/10.1080/13642818908205914 otwiera się w nowej karcie
  7. Murawski L, Barczyński RJ (1995) Dielectric properties of transition metal oxide glasses. J Non Cryst Solids 185:84-93. https://doi.org/10.1016/0022-3093(95)00677-X otwiera się w nowej karcie
  8. Murawski L (1984) AC conductivity in binary V 2 O 5 -P 2 O 5 glasses. Philos Mag B 50:L69-L74. https://doi.org/10.1080/ 13642818408238888 otwiera się w nowej karcie
  9. Pietrzak TK, Wasiucionek M, Garbarczyk JE (2021) Towards higher electric conductivity and wider phase sta- bility range via nanostructured glass-ceramics processing. Nanomaterials. https://doi.org/10.3390/nano11051321 otwiera się w nowej karcie
  10. Garbarczyk JE, Pietrzak TK, Wasiucionek M, Kaleta A, Dorau A, Nowiński JL (2015) High electronic conductivity in nanostructured materials based on lithium-iron-vanadate- phosphate glasses. Sol State Ion 272:53-59. https://doi.org/ 10.1016/j.ssi.2014.12.019 otwiera się w nowej karcie
  11. Pietrzak TK, Pawliszak Ł, Michalski PP, Wasiucionek M, Garbarczyk JE (2014) Highly conductive 90V 2 O 5 Á10P 2 O 5 nanocrystalline cathode materials for lithium-ion batteries. Proced Eng 98:28-35. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2014. 12.483 otwiera się w nowej karcie
  12. Pietrzak TK, Michalski PP, Kruk PE, Ś lubowska W, Szlachta K, Duda P, Nowiński JL, Wasiucionek M, Garbarczyk JE (2017) Nature of electronic conductivity in olivine-like glasses and nanomaterials of Li 2 O-FeO-V 2 O 5 -P 2 O 5 system. Sol State Ion 302:45-48. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2016. 11.031 otwiera się w nowej karcie
  13. Pietrzak TK, Wasiucionek M, Nowiński JL, Garbarczyk JE (2013) Isothermal nanocrystallization of vanadate-phosphate glasses. Sol State Ion 251:78-82. https://doi.org/10.1016/j. ssi.2013.01.004 otwiera się w nowej karcie
  14. Emin D (1982) Small polarons. Phys Today 35:34-40. h ttps://doi.org/10.1063/1.2938044 otwiera się w nowej karcie
  15. Mott NF (1968) Conduction in glasses containing transition metal ions. J Non Cryst Sol 1:1-17. https://doi.org/10.1016/ 0022-3093(68)90002-1 otwiera się w nowej karcie
  16. Schnakenberg J (1968) Polaronic impurity hopping con- duction. Phys Status Sol 28:623-633. https://doi.org/10.100 2/pssb.19680280220 otwiera się w nowej karcie
  17. Bridge B, Higazy AA (1986) Acoustic and optical debye temperatures of the vitreous system CoO-Co 2 O 3 -P 2 O 5 . J Mater Sci 21:2385-2390. https://doi.org/10.1007/ BF01114282 otwiera się w nowej karcie
  18. El-Mallawany R (1992) Debye temperature of tellurite glasses. Phys Status Sol 130:103-108. https://doi.org/10.10 02/pssa.2211300112 otwiera się w nowej karcie
  19. El-Mallawany R (1999) Tellurite glasses. Part 2. Anelastic, phase separation, debye temperature and thermal properties. Mater Chem Phys 60:103-131. https://doi.org/10.1016/S02 54-0584(99)00082-6 otwiera się w nowej karcie
  20. Sidkey MA, El-Mallawany R, Nakhla RIA, El-Moneim A (1997) Ultrasonic attenuation at low temperature of TeO 2 - V 2 O 5 glasses. Phys status sol 159:397-404. https://doi.org/ 10.1002/1521-396X(199702)159:2%3c397::AID-PSS A397%3e3.0.CO2-0 otwiera się w nowej karcie
  21. Szreder NA, Kosiorek P, Karczewski J, Gazda M, Barczy RJ (2014) Microstructure and dielectric properties of barium- vanadate glasses. Proced Eng 98:62-70. https://doi.org/10. 1016/j.proeng.2014.12.489 otwiera się w nowej karcie
  22. Sen S, Ghosh A (1999) Semiconducting properties of mag- nesium vanadate glasses. J Appl Phys 86:2078-2082. http s://doi.org/10.1063/1.371012 otwiera się w nowej karcie
  23. Dimitriev Y, Dimitrov V, Arnaudov M, Topalov D (1983) IR-spectral study of vanadate vitreous systems. J Non Cryst Sol 57:147-156. https://doi.org/10.1016/0022-3093(83)904 17-9 otwiera się w nowej karcie
  24. Triberis GP, Friedman LR (1985) The effect of the density of states on the conductivity of the small-polaron hopping regime in disordered systems. J Phys Condens Matter 18:2281-2286. https://doi.org/10.1088/0022-3719/18/11/011 otwiera się w nowej karcie
  25. Degen T, Sadki M, Bron E, König U, Nénert G (2014) The high score suite. Powder Diffr 29:S13-S18. https://doi.org/ 10.1017/S0885715614000840 otwiera się w nowej karcie
  26. Wó jcik NA, Tagiara NS, Möncke D, Kamitsos EI, Ali S, Ryl J, Barczyński RJ (2022) Mechanism of hopping conduction in Be-Fe-Al-Te-O semiconducting glasses and glass-ce- ramics. J Mater Sci 57:1633-1647. https://doi.org/10.1007/ s10853-021-06834-w otwiera się w nowej karcie
  27. Abd El-Moneim A (2002) DTA and IR absorption spectra of vanadium tellurite glasses. Mater Chem Phys 73:318-322. h ttps://doi.org/10.1016/S0254-0584(01)00355-8 otwiera się w nowej karcie
  28. Dimitriev J, Arnaudov M, Dimitrov V (1976) IR-Spektral- analyse von glasern des systems TeO 2 -V 2 0 5 . Monatshefte fur chem 107:1335-1343. https://doi.org/10.1007/ BF01153912 otwiera się w nowej karcie
  29. Baia L, Bolboaca M, Kiefer W, Yousef ES, Rüssel C, Bre- itbarth FW, Mayerhöfer TG, Popp J (2004) Spectroscopic studies on the structure of vanadium tellurite glasses. Phys Chem Glas 45:178-182
  30. Ji H, Liu D, Cheng H, Zhang C, Yang L, Ren D (2017) Infrared thermochromic properties of monoclinic VO 2 nanopowders using a malic acid-assisted hydrothermal method for. RSC Adv 7:5189. https://doi.org/10.1039/c6ra 26731a otwiera się w nowej karcie
  31. Shafeeq KM, Athira VP, Kishor CHR, Aneesh PM (2020) Structural and optical properties of V 2 O 5 nanostructures grown by thermal decomposition technique. Appl Phys A. h ttps://doi.org/10.1007/s00339-020-03770-5 otwiera się w nowej karcie
  32. Sinclair RN, Wright AC, Bachra B, Dimitriev YB, Dimitrov VV, Arnaudov MG (1998) The structure of vitreous V 2 O 5 - TeO 2 . J Non Cryst Sol 232-234:38-43. https://doi.org/10. 1016/S0022-3093(98)00544-4 otwiera się w nowej karcie
  33. Jonscher AK (1999) Dielectric relaxation in solids. J Phys D Appl Phys. https://doi.org/10.1088/0022-3727/32/14/201 otwiera się w nowej karcie
  34. Austin IG, Mott NF (2001) Polarons in crystalline and non- crystalline materials. Adv Phys 50:757-812. https://doi.org/ 10.1080/00018730110103249 otwiera się w nowej karcie
  35. Mott NF, Davis EA (1979) Electronic processes in non- crystalline material. (p. 80-113) ISBN 978-0-19-964533-6 otwiera się w nowej karcie
  36. Ioffe VA, Patrina IB (1970) Comparison of the small-polaron theory with the experimental data of current transport in V 2 O 5 . Phys Status Sol 40:389-395. https://doi.org/10.1002/ pssb.19700400140 otwiera się w nowej karcie
  37. Prześniak-Welenc M, Szreder NA, Winiarski A, Łapiński M, Kościelska B, Barczyński RJ, Gazda M, Sadowski W (2015) Electrical conductivity and relaxation processes in V 2 O 5 nanorods prepared by sol-gel method. Phys Status Sol 9:2111-2116. https://doi.org/10.1002/pssb.201552113 otwiera się w nowej karcie
  38. Murawski L (1993) Electronic cond in oxide glasses. Pol Ceram Bull 5:111-122 otwiera się w nowej karcie
  39. Sakata H, Sega K, Chaudhuri BK (1999) Multiphonon tun- neling conduction in vanadium-cobalt-tellurite glasses. Phys Rev B-Condens Matter Mater Phys 60:3230-3236. https://d oi.org/10.1103/PhysRevB.60.3230 otwiera się w nowej karcie
  40. Moawad HMM, Jain H, El-Mallawany R (2009) DC con- ductivity of silver vanadium tellurite glasses. J Phys Chem Sol 70:224-233. https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2008.10.009 otwiera się w nowej karcie
  41. Tashtoush N, Qudah AM, El-Desoky MM (2007) Compo- sitional dependence of the electrical conductivity of calcium vanadate glassy semiconductors. J Phys Chem Sol 68:1926-1932. https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2007.05.027 otwiera się w nowej karcie
  42. Andreev VN, Klimov VA (2007) Electrical conductivity of the semiconducting phase in vanadium dioxide single crys- tals. Phys Sol State 49:2251-2255. https://doi.org/10.1134/ S1063783407120062 otwiera się w nowej karcie
  43. Mott NF (1969) Conduction in non-crystalline materials III. localized states in a pseudogap and near extremities of conduction and valence bands. Philos Mag 19:835-852. h ttps://doi.org/10.1080/14786436908216338 otwiera się w nowej karcie
  44. Sakida S, Hayakawa S, Yoko T (2000) 125 Te and 51 V static NMR study of V 2 O 5 -TeO 2 glasses. J Phys Condens Matter 12:2579-2595. https://doi.org/10.1088/0953-8984/12/12/ 302 otwiera się w nowej karcie
  45. Murawski L, Sanchez C, Livage J, Audiere JP (1990) Small polaron transport in amorphous V 2 O 5 films. J Non Cryst Sol 124:71-75. https://doi.org/10.1016/0022-3093(90)91081-2 otwiera się w nowej karcie
  46. El-Mallawany R (2003) Glass transformation temperature and stability of tellurite glasses. J Mater Res 18:402-406. h ttps://doi.org/10.1557/JMR.2003.0051 otwiera się w nowej karcie
  47. Chakraborty S, Boolchand P, Malki M, Micoulaut M (2018) Designing heavy metal oxide glasses with threshold prop- erties from network rigidity. J Chem Phys. https://doi.org/10. 1063/1.4855695 otwiera się w nowej karcie
  48. Shimakawa K (1989) Multiphonon hopping of electrons on defect clusters in amorphous germanium. Phys Rev B 39:12933-12936. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.39. otwiera się w nowej karcie
  49. Shimakawa K, Miyake K (1989) Hopping transport of localized electrons in amorphous carbon films. Phys Rev B 39:7578-7584. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.39.7578 otwiera się w nowej karcie
  50. Emin D (1974) Phonon-assisted jump rate in noncrystalline solids. Phys Rev Lett 32:303-307. https://doi.org/10.1103/ PhysRevLett.32.303 otwiera się w nowej karcie
  51. Englman R, Jortner J (1969) The energy gap law for radia- tionless transitions in large molecules. Mol Phys 18:145-164. https://doi.org/10.1080/00268977000100171 otwiera się w nowej karcie
  52. Publisher's Note Springer Nature remains neutral with regard to jurisdictional claims in published maps and institutional affiliations. otwiera się w nowej karcie
Weryfikacja:
Brak weryfikacji

Powiązane datasety

wyświetlono 61 razy

Publikacje, które mogą cię zainteresować

Increasing the conductivity of V2O5-TeO2 glass by crystallization: structure and charge transfer studies

2023

Z historii Politechniki Gdańskiej 1904-1945

2015

Działalność naukowego "Koła Mechaników i Elektrotechników Studentów Polaków Politechniki Gdańskiej" w latach 1923-1939

2022

Getting to know the potential of social media in forest education

2019
Meta Tagi