Electrical properties study of lead oxifluoroborates glasses by impedance spectroscopy technique

A caracterização elétrica de materiais vítreos foi efetuada por meio da análise da condutividade em função da freqüência da amplitude do sinal (ac) e da condutividade dc, utilizando para tanto a técnica de espectroscopia de impedância (IS) e medidas da corrente elétrica direta em função da voltagem dc aplicada. As medidas de IS foram realizadas no intervalo de freqüência de 1 Hz até 1 MHz e em função da temperatura. Avaliou-se as propriedades elétricas de vidros oxifluoroboratos de chumbo (BPP), 50BO1.5 – (50-x)PbO – xPbF2, com x = 0, 5, 10, 15 e 20 (% catiônica). As amostras vítreas foram sintetizadas por mistura convencional e fusão das quantidades apropriadas dos reagentes. Observou-se que a condutividade dc aumenta com a temperatura seguindo a lei de Arrhenius, com uma única energia de ativação aparente para o processo de condução na matriz vítrea. Há também um aumento da condutividade em cinco ordens de grandeza, por uma relação “quase” linear, com o aumento do fluoreto de chumbo na composição das amostras. As técnicas de Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC), Difração de Raios X (DRX), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Espectrometria de Emissão Óptica com Plasma Acoplado Indutivamente (ICP-AES) foram empregadas para auxiliar no entendimento do sistema BPP e dos processos de condução envolvidos. A temperatura de transição vítrea e a densidade foram determinadas para todas as composições. As quantidades de boro e chumbo, determinadas pela técnica de ICP-AES, indicam uma perda de chumbo durante a preparação dos vidros, perda mais evidenciada para a composição de x = 20%. Com a aplicação de tensão dc sobre a amostra houve cristalização da fase β-PbF2 e redução para chumbo metálico.Electrical properties of lead oxifluoroborate glasses were investigated. Measurements were carried out by impedance spectroscopy (IS) in the frequency range from 1 Hz to 1 MHz and direct current (dc) measurements. All measurements were performed in a temperature between 25 and 300 °C. Glassy samples of 50BO1.5 – (50-x)PbO – xPbF2 system, where x = 0, 5, 10, 15 and 20 (cationic %), were synthesized by conventional mixing and melting of appropriate amounts of starting reagents. The glass conductivity increases with temperature following the Arrhenius law, with single apparent activation energy for conduction process. The lead fluoride addition even causes a conductivity enhancement which goes from 10-10 up to 10-4 S/cm at 250 °C. Differential Scanning Calorimetry (DSC), X-Ray Diffraction (DRX), Scanning Electron Microscopy (SEM) and Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry (ICP-AES) techniques were applied to aid in the understanding of the material and its conductive processes. Glass transition temperatures and density were available for all compositions. Boron and lead amounts, determined by ICP-AES, are evidence of a process in which a lead is lost, a reason for density reduction of the x = 20% composition. The use of dc voltage caused a β-PbF2 phase crystallization and a lead reduction