Condutividade elétrica e polarização térmica de vidros soda-cal-sílica contendo diferentes cátions tetravalentes

Neste trabalho realizamos a polarização térmica em vidros silicatos com composição (%mol) 22Na2O.8CaO.65SiO2 .5MO2 (M = Si, Ti, Ge, Zr, Sn e Ce). A polarização térmica consiste em aplicar um campo elétrico DC de elevada intensidade (~1 MV/m) em amostras a altas temperaturas. Durante a polarização térmica é gerado um campo elétrico permanente no interior da amostra, na região do anodo, que é responsável por propriedades ópticas nãolineares. Submetemos à polarização térmica amostras dos vidros, com ~1,5 mm de espessura e área de 20 x 20 mm2. Utilizamos eletrodos de Au, com diâmetro de 1 cm. As amostras foram aquecidas no interior de um forno até ~145 oC e aplicamos um campo elétrico de 1 MV/m durante 60 min. Durante a aplicação do campo elétrico, medimos simultaneamente a corrente através do circuito e as temperaturas no forno e na amostra. A corrente elétrica medida no circuito está relacionada com a migração de íons Na+ no interior das amostras do anodo para o catodo. A diminuição da corrente após um determinado tempo de polarização é devido à formação de uma camada com ausência de íons Na+ (camada de depleção) junto ao anodo. Os diferentes cátions tetravalentes, M4+, inseridos no vidro têm funções particulares na estrutura deste e afetam de formas distintas a corrente elétrica. A energia de ativação para a condutividade elétrica em vidros soda-cal-sílica está associada à energia necessária para o íon Na+ transpor a barreira de potencial entre os interstícios adjacentes na rede vítrea. Para determinar a energia de ativação da condutividade elétrica DC, Eσ, destes vidros, submetemos amostras de cada composição a um campo elétrico de 1 MV/m, durante 2 segundos para diferentes temperaturas entre 100 e 220 ºC. Esta energia está relacionada com...In this work we performed thermal poling in glasses with composition (%mol) 22Na2O.8CaO.65SiO2 .5MO2 (M = Si, Ti, Ge, Zr, Sn and Ce). The thermal poling consist in apply a high intensity DC electric field (~1 MV/m) on samples at high temperatures. During the thermal poling process a permanent electric field is generated in the anode region of the sample, and this field is responsible for nonlinear optical properties of various glasses. We submit to thermal poling samples with ~1.5 mm in thickness and area of 20x20 mm2. We used gold electrodes with a diameter of 1 cm. The samples were heated inside a furnace to ~ 145 oC and an electric field of 1 MV/m was applied for 60 min. During the poling process, we measure simultaneously the current through the circuit and the temperatures in the furnace and of the sample. The electric current of the circuit is related to the migration of sodium ions in the bulk samples from the anode to the cathode. The current decrease with the poling time is due to the formation of a Na+ absent layer (depletion layer) near the anode surface. The different tetravalent cations, M4+, in the glass have different functions in their structures and affect the electrical current in particular manners. The activation energy for electrical conductivity in soda-lime-silica glasses is associated with energy for the Na+ ions to cross the potential barrier, which is submitted to the interstices of the glassy network, and jump into the nearest interstice. The activation energy of DC electrical conductivity, Eσ, of our samples of was determined by applying an electric field of 1 MV/m for 2 seconds, at different temperatures between 100 and 220 ºC. This energy is related to the current, I, through the equation ... The energy calculated is ~0.8 eV. To evaluate the structural and compositional changes of the samples surfaces that were in contact with the ...Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP