ANORGANICKÉ NEKOVOVÉ MATERIÁLY

ANORGANICKÉ NEKOVOVÉ MATERIÁLY PROCESY – TECHNOLOGIE – VLASTNOSTI

ODBORNÝ SEMINÁŘ DOKTORANDŮ 10.-11. ÚNORA 2016, VŠCHT, PRAHA

XXI. ročník odborného seminá e doktorandů

ANORGANICKÉ NEKOVOVÉ MATERIÁLY procesy • technologie • vlastnosti

10.-11. února 2016 Ústav skla a keramiky VŠCHT 1



Úvod Programem seminá e jsou odborné p ednášky doktorandů akademických pracovišť působících v oblasti chemie a technologie anorganických nekovových materiálů.

Organizátor seminá e Ústav skla a keramiky, VŠCHT Praha

Webová stránky http://tresen.vscht.cz/sil/cs/hlavni_anm

Kontakt Ing. Jan Urbánek, [email protected] Ing Jan Macháček Ph.D., [email protected]

Poděkování Ústav skla a keramiky děkuje všem zaměstnancům VŠCHT Praha a doktorandům, kte í se na p ípravě seminá e podíleli.

2



PROGRAM SEMINÁ E ANM 2016 P ednášky ve st edu 10. 2. 2016 v místnosti A01 předsedající: prof. RNDr. Ondřej Gedeon, Ph.D.

Sekce: I Čas

P ednášející

9:20 – 9:40

Ing. Lukáš Hrbek

Název práce

*Úloha proudění p i tavicím Laboratoř anorganických materiálů, procesu skel společné pracoviště Vysoké školy chemicko- technologické v Praze, Technická 5, 166 28 Praha 6,

9:40 – 10:00

Ing., Mgr. Barbora Holubová *Hybridní anorganickoorganické vrstvy na skle a hydrofobicita

Ústav skla a keramiky, VŠCHT Praha, Technická 5, Praha, Česká Republika

10:00 – 10:20 Ing. Dana Mikolášová Department of Inorganic Chemistry, University of Chemistry and Technology, Technická 5, Prague 6 166 28, Czech Republic

Optically active (Er3+/Yb3+):LiNbO3 thin films prepared by sol-gel method

Up-conversion in Er3+-doped Department of General and and Er3+/Yb3+-co-doped Inorganic Chemistry,Faculty of Chemical Technology, University of Ge25Ga9.5Sb0.5S65 chalcogenide glass Pardubice, Studentská 573,

10:20 – 10:40 Mgr. Diána Himics

Pardubice 532 10, Czech Republic

10:40 – 11:00 Ing. Petr Kalenda Department of General and Inorganic Chemistry, Faculty of Chemical Technology, University of Pardubice, 532 10 Pardubice, Czech Republic

Thermal properties and crystallization of alkaline-earth borophosphate glasses

11:00 – 11:20

P estávka

11:20

Vyhlášení vítěze soutěžní sekce

*Soutěžní p íspěvek

3



předsedající: doc. Dr. Ing. Martin Míka

Sekce: II Čas

P ednášející

11:20 – 11:40

Ing. Petra Dyrčíková

11:40 – 12:00

Ing. Antonín Račický

Název práce

Laboratoř anorganických materiálů, společné pracoviště ÚSMH AV ČR a VŠCHT Praha Katedra obecné a anorganické chemie, Fakulta chemickotechnologická, Univerzita Pardubice, Studentská 95 Pardubice, Česká republika

12:00 – 12:20

Ing. Ivo Bartoň

12:20 – 12:40

Mgr. Vasyl Karabyn

1)

Ústav skla a keramiky, VŠCHT Praha, Technická 5, Praha 6 2) Ústav fotoniky a elektroniky, AVČR v.v.i. Department of General and Inorganic Chemistry, University of Pardubice, Studentská 573, Pardubice 532 10, Czech Republic

12:40 – 13:00

Ing. Vít Prokop Katedra obecné a anorganické chemie, Fakulta chemickotechnologická, Univerzita Pardubice, Studentská 573, Pardubice 532 10, Česká republika

13:00 – 14:00

P estávka na oběd

4

Kontrola toku skloviny v průběhu procesu tavení skla Vlastnosti, struktura a termické chování skel systému Fe2O3TiO2-P2O5

Optická vlákna s k emenným jádrem a Braggovským pokryvem p ipraveným metodou sol-gel P íprava a fyzikálně-chemické vlastnosti tenkých vrstev Ge8Bi2Te11 a Ge8Sb2Te11

Fotoluminiscence a fotonová up-konverze v amorfních chalkogenidech Ga-GeAs(Sb, Bi)-S: Er3+



předsedající: doc. RNDr. František Škvára, DrSc.

Sekce: III Čas

P ednášející

Název práce

14:00 – 14:20

Ing. Nikola Bašinová

Sledování koncentrace hydroxylových nečistot v teluričitých sklech

14:20 – 14:40

Ing. Anežka Zezulová

14:40 – 15:00

Ing. Ond ej Koutný

15:00 – 15:20

Ing. Ji í Kratochvíl

15:20 – 15:40

P estávka

1)

Vysoká škola chemickotechnologická v Praze, Technická 5, 166 28 Praha 6 Vysoké učení v Brně, Fakulta chemická, Purkyňova 118, 612 00 Brno, Česká republika Fakulta chemická, Vysoké učení technické v Brně, Purkyňova 118, 612 00 Brno Fakulta chemická, Vysoké učení technické v Brně, Purkyňova 464/118 612 00 Brno

P íprava pórobetonu o velmi nízké objemové hmotnosti Alternativní kameniva na bázi fluidního ložového popela

předsedající: Ing. David Koloušek, CSc.

Sekce: IV Čas

P ednášející

15:40 – 16:00

Ing. Hana Kalousová

16:00 – 16:20

Ing. Jan Urbánek

Název práce

Fakulta chemická, Vysoké učení technické v Brně, Purkyňova 464/118 612 00 Brno

Ústav skla a keramiky, Vysoká škola chemicko-technologická v Praze, Technická 5, 166 28, Praha 6 – Dejvice

16:20 – 16:40

Portlandský slínek ovlivněný p ídavkem oxidu barnatého ve formě uhličitanu a síranu

Ing. Michal Šuhájek VŠCHT Praha, Technická 5, 166 28 Praha 6 – Dejvice

5

Optimalizace složení fosfátových pojiv pro žáruvzdorné aplikace Vysokoteplotní mechanické vlastnosti mullitických materiálů Žárovzdorné geopolymerní materiály na bázi popílku


16:40 – 17:00


Ing. Lenka Matulová Ústav skla a keramiky, Vysoká škola chemicko-technologická v Praze, Technická 5, 166 28 Praha – 6 Dejvice

Změny vlastností geopolymeru na bázi metakaolinu v časovém rozmezí 28 – 360 dní

P ednášky ve čtvrtek 11. 2. 2016 v místnosti A01 předsedající: doc. Dr. Dipl. Min. Willi Pabst

Sekce: V Čas

P ednášející

Název práce

13:00 – 13:20

Ing. Tereza Uhlí ová

Mě ení teplotní vodivosti porézní spinelové keramiky metodou laser flash

13:20 – 13:40

Ing. Mária Kavanová

Ústav skla a keramiky, VŠCHT Praha, Technická 5, 166 28 Praha 6

Ústav skla a keramiky, Vysoká škola chemicko-technologická v Praze, Technická 5, 166 28, Praha 6 – Dejvice

13:40 – 14:00

Ing. Blanka Hablovičová Univerzita Pardubice, Fakulta chemicko-technologická, Katedra anorganické technologie, Studentská 573, 532 10 Pardubice, ČR

14:00 – 14:20

Ing. Aneta Burkovičová Univerzita Pardubice, Fakulta chemicko-technologická, Katedra anorganické technologie

14:20 – 14:40

P estávka

6

Charakterizace p íčin degradace povrchových úprav keramických materiálů P íprava Er2Ce2O7 za použití mineralizátorů

P íprava a hodnocení pigmentů typu YFeO3 dopovaných In3+ a Ga3+



předsedající: Dr. Ing. Petr Antoš, Ph.D.

Sekce: VI Čas

P ednášející

14:40 – 15:00

Ing. Kate ina Těšitelová

Název práce

Vliv způsobu syntézy na Katedra anorganické barevné vlastnosti směsného technologie, Fakulta chemickooxidického pigmentu technologická, Univerzita Pardubice, Studentská 95, 532 10 Bi1,5Zn0,5Ce2O7 Pardubice

15:00 – 15:20

Ing. Lucie Karolová Katedra anorganické technologie, Fakulta chemickotechnologická, Univerzita Pardubice, Studentská 573, 532 10 Pardubice, Česká republika

15:20 – 15:40

Ing. David Rieger Nové technologie–výzkumné centrum, Západočeská univerzita v Plzni, Univerzitní 8, 30614 Plzeň

15:40

Závěr seminá e

7

Vliv způsobu p ípravy na barevné vlastnosti modrofialových kasiteritových pigmentů Aspekty p ípravy BaTiO3 ve směsné tavenině hydroxidů



Česká sklá ská společnost vyhlašuje:

Soutěž o nejlepší odborný p íspěvek o skle

10. února 2016, VŠCHT Praha, Odborný seminá doktorandů ANM 2016, soutěžní sekce Vítězi bude poskytnut p íspěvek na úhradu vložného na zahraniční konferenci se sklá skou tématikou až do výše 15.000 Kč. Účastník soutěže musí svůj p íspěvek p ednést v anglickém jazyce a vítěz je zavázán otisknout svůj p íspěvek v časopise Sklá a keramik. Prezentace má délku 20 minut, po které následují dotazy od poroty a publika.

Seznam soutěžících

1. Ing. Lukáš Hrbek 2. Ing. Mgr. Barbora Holubová

8



ABSTRAKTY Soutěžní sekce

9



Úloha proudění p i tavicím procesu skel LUKÁŠ HRBEK, LUBOMÍR NĚMEC Laboratoř anorganických materiálů, společné pracoviště Vysoké školy chemickotechnologické v Praze, Technická 5, 166 28 Praha 6, a Ústavu struktury a mechaniky hornin AV ČR, v. v. i., V Holešovičkách 41, 182 09 Praha 8 [email protected] Byl modelován kontinuální tavicí modul dvouprostorové tavicí pece vytápěný elektrodami, do kterého natékala sklovina o teplotě 1320°C s nehomogenitami (bublinami a částicemi SiO2). P i hledání zákonitostí optimálního charakteru proudění se měnil průtok skloviny v za ízení a rozložení energie na topných elektrodách. Nejprve byly nalezeny maximální průtoky skloviny (kritické), kdy se sklovina průtokem za ízením právě zhomogenizovala. Dalším cílem bylo zjistit, jak se měnil charakter proudění v simulovaném za ízení i p i nadkritickém a podkritickém průtoku. Tato data poslouží k vytvo ení diagramu, který vyznačí oblasti s různými typy proudění v závislosti na rozložení dodávané energie a průtoku. Vztah mezi k ivkami kritických průtoků a k ivkou vyznačující uniformní tok bude využit k definici obecných podmínek vysokého využití tavicího prostoru pro tavicí děje.

10



Hybridní anorganicko-organické vrstvy na skle a hydrofobicita BARBORA HOLUBOVÁ*, ZUZANA ZLÁMALOVÁ CÍLOVÁ, ALEŠ HELEBRANT 1)

Ústav skla a keramiky, VŠCHT Praha, Technická 5, Praha, Česká Republika Barbora1. [email protected]

V současnosti je značná pozornost věnována vývoji hybridních organok emičitanových vrstev p ipraveným „na míru“ různým technologickým aplikacím i substrátům. Základním p edpokladem je, že anorganická část nátěru sestávající se z polysiloxanových etězců zajistí dostatečnou adhezi k substrátu, zatímco díky organické složce v podobě různých funkčních organických skupin bude možné dosáhnout určitého zlepšení vlastností povrchu substrátu: zvýšení chemické odolnosti, otěruvzdornosti, odolnosti proti UV zá ení atd. Cílem této práce byl materiálový průzkum v oblasti hybridních organok emičitanových nátěrů zamě ený na modifikaci skleněného povrchu ve směru zvýšení jeho chemické odolnosti. Toho bylo dosaženo za pomoci zvýšení hydrofobicity povrchu, p ičemž mnohé studie takto modifikované povrchy označují jako tzv. samočistící [1]. Nicméně samočistící efekt a p ípadné zvýšení chemické odolnosti spolu často nekorelují. Jejich vztah i princip samočistícího efektu bude v práci diskutován. V této práci byly hydrofobizační organok emičitanové soly p ipraveny metodou sol-gel. Výchozím prekurzorem k emičitého skeletu ochranných vrstev byl TEOS (tetraethoxysilan), který byl dále modifikován organok emičitanovými alkoxidy funkcionalizovanými různými organickými skupinami a to zvlášť i v kombinacích. P ipravené organok emičitanové soly byly na skleněný substrát naneseny technikou dipcoating. Kromě toho byly vyzkoušeny i vybrané komerční produkty. Za účelem technologické optimalizace procesu sol-gel byly navíc studovány dvě různé teploty finální úpravy vrstev. Pro pot eby této práce byly zvoleny dva modelové testy stárnutí simulující parametry reálného povětrnostního stárnutí. P ipravené hydrofobní vrstvy byly ve všech p ípadech transparentní, bezbarvé, homogenní a s dobrou p ilnavostí ke skleněným substrátům. Slibnými pro další výzkum

11



se zdají být zejména hybridní povlaky modifikované dlouhými alkylovými nebo alkylfluorovými funkčními skupinami, které zvyšují hydrofobicitu a p itom vykazují i dobrou chemickou odolnost. Naopak výsledky některých zkoumaných komerčních produktů jsou neuspokojivé. Aby bylo možné dále zhodnotit potenciální použití hydrofobizačních organok emičitanových nátěrů, je v práci diskutován p edevším vliv morfologie p ipravených vrstev (Wenzel a Casie Baxter teorie [2]). [1] BLOSSEY, Ralf. Self-cleaning surfaces — virtual realities. Nature Materials [online]. 2(5), p. 301-306 . DOI: 10.1038/nmat856. [2] ERBIL, H. Yildirim a C. Elif CANSOY. Range of Applicability of the Wenzel and Cassie−Baxter Equations for Superhydrophobic Surfaces. Langmuir [online]. 2009, 25(24), p. 14135-14145 . DOI: 10.1021/la902098a.

12



ABSTRAKTY Sekce I

13



Optically active (Er3+/Yb3+):LiNbO3 thin films prepared by sol-gel method DANA MIKOLÁŠOVÁ1*, KATEŘINA RUBEŠOVÁ1, VÍT JAKEŠ1, TOMÁŠ HLÁSEK1, JIŘÍ OSWALD2 1)

Department of Inorganic Chemistry, University of Chemistry and Technology, Technická 5, Prague 6 166 28, Czech Republic 2) Institute of Physics, the Academy of Sciences of the Czech Republic, Cukrovarnická 10, Prague 6 162 00, Czech Republic [email protected] Nowadays, lithium niobate is one of the most important materials for electrooptical and optical applications due to his piezoelectric, electric and pyroelectric properties. LiNbO3 can be prepared in the form of monocrystals, optical fibers or thin films by various methods – LPE, PLD, MBE, CVC, PVD, ion implantation or a sol-gel technique. (Er3+ / Yb3+):LiNbO3 can be used in the IR region for the amplification of an optical signal in the third telecommunication window (1530 nm). This work presents the preparation of LiNbO3 thin films doped with 0.5 at% of Er 3+ and Yb3+ ions. Solutions were prepared in inert atmosphere using 2-methoxyethanol, niobium(V) ethoxide, lithium acetate, erbium acetate, ytterbium acetate and polyvinylpyrrolidone (PVP). The films were deposited on sapphire (0001) substrates by spin-coating. Particular layers were then annealed, either in one step (700 ºC/10 min) or in two steps (350 ºC/10 min; 700 ºC/10 min) before being heated at 1000 ºC for 1 h. The influence of solution aging, PVP molar mass and annealing on the final composition and microstructure was analyzed by XRD, SEM and AFM. The luminescence and waveguiding properties of the (Er3+/Yb3+):LiNbO3 films were determined by IR photoluminescence measurement and m-line spectroscopy. Our results showed that the (Er3+/Yb3+):LiNbO3 films prepared by two-step method had the required optical properties for the waveguiding use in the IR region. This work was financially supported from specific university research (MSMT No 20/2015)

14



Up-conversion in Er3+-doped and Er3+/Yb3+-codoped Ge25Gař.5Sb0.5S65 chalcogenide glass D. HIMICS, L. STRIZIK, J. HOLUBOVA, L. BENES, M. VLCEK, T. WAGNER Department of General and Inorganic Chemistry,Faculty of Chemical Technology, University of Pardubice, Studentská 573, Pardubice 532 10, Czech Republic [email protected] We prepаred sаmples bаsed on composition Ge25Ga9.5Sb0.5S65 doped with rаre-eаrth elements (Er3+ or co-doped with Er3+/Yb3+) by melt-quenching technique. We investigаted physicochemicаl properties and effective 4I15/2  4I13/2 (1.5 µm), 4I15/2  4 F9/2 (660 nm), 4I15/2  4S3/2 (550 nm) and 4I15/2  2H11/2 (530 nm) electronic transition emissions of Er3+/Yb3+ ions and Er3+ ions under 980 nm laser pumping for the composition Ge25Ga9.5Sb0.5S65. The intensity of the 4I13/2  4I15/2 transition decreases with the increase in Yb3+ concentration. The structure of the glasses across the whole compositional range was confirmed by Raman spectroscopy. Our samples have good thermal stability, because this is considered when the ∆T (= TcTg) value is higher than 100 °C. The Judd-Ofelt intensity parameters were calculated for 0.1 mol% Er 3+ -doped glass and are used to evaluate radiative properties such as transition probabilities, branching ratios and radiative lifetime. The intensity parameters determined in the present investigation are found to be of the order 2 > 4 > 6. The ratio (4/6), defined as a the spectroscopic quality parameter, is found to be 1.31 and corresponds to the ability of the material for stimulated emission.

15



Thermal properties and crystallization of alkalineearth borophosphate glasses PETR KALENDA, LADISLAV KOUDELKA Department of General and Inorganic Chemistry, Faculty of Chemical Technology, University of Pardubice, 532 10 Pardubice, Czech Republic [email protected] Glasses of the BaO-B2O3-P2O5 system were prepared from analytical grade BaCO3, H3BO3 and H3PO4. By heating the reaction mixture to 1000-1400°C and a subsequent cooling to the room temperature 14 homogeneous glasses of the ternary system with 0-40 mol% B2O3 were prepared. Thermal behavior of the glasses was studied by DTA in order to determine crystallization temperatures. Chemical durability of the glasses was determined by the measurement of the dissolution rate, which showed that the chemical durability decreases with increasing B2O3 content. Glassy powders were crystallized by annealing at temperatures slightly above crystallization peaks observed on DTA curves. The annealed samples were studied by X-ray diffraction analysis and also by Raman spectroscopy. Raman spectra of the glasses were investigated in four compositional series: A – (100-x)Ba(PO3)2-xB2O3, B – 40BaO-yB2O3-(60-y)P2O5, C – (50-z)BaOzB2O3-50P2O5 and D – (60-w)BaO-wB2O3-40P2O5. X-ray diffraction revealed that at a low B2O3 content in the annealed samples crystalline barium metaphosphate BaP 2O6 is formed and that at several samples the diffraction diagrams reveal weak diffraction lines of the compound BPO4. The diffraction lines of ternary compounds BaB(PO4)O a Ba3B(PO4)3 were observed at some annealed samples. A new compound of the composition Ba5B2P8O28 was identified in the crystallized glass 50BaO.10B 2O3.40P2O5. Raman spectroscopy showed on the presence of a remaining glassy phase in some annealed samples and Raman spectra confirmed the identification of dominant crystalline phases in the annealed samples in a good agreement with the results obtained from X-ray diffraction. P.K. thanks for the financial support from the project SG 350004.

16



ABSTRAKTY Sekce II

17



Kontrola toku skloviny v průběhu procesu tavení skla PETRA DYRČÍKOVÁ Laboratoř anorganických materiálů, společné pracoviště ÚSMH AV ČR a VŠCHT Praha [email protected] P íspěvek prezentuje výsledky modelování, jehož cílem bylo dosáhnout výhodného charakteru toku skloviny – p íznivého vzhledem k tavicím dějům - v tavicím prostoru s průmyslovým sodno-vápenato-k emičitým sklem. Matematické modelování bylo provedeno na modelu tavicího prostoru ve tvaru kvádru, kde byl kmen simulován roztaveným sklem s částicemi písku a bublinami. Tavenina vstupovala do prostoru p esně definovanou plochou na hladině a p i definované teplotě ř50 °C. Charakter toku taveniny byl upravován pomocí změn vstupních parametrů matematického modelu. Topné prvky byly simulovány topnou objemovou podmínkou umístěnou v daném místě prostoru. Vliv p enosu energie z oblasti pod volnou hladinou do oblasti pod natékající taveninou byl zkoumán za podmínky konstantní průměrné teploty 1420 °C v celém tavicím prostoru. Využití prostoru pro rozpuštění sklá ského písku a odstraňování bublin, jakož i tavicí výkon a spot eba energie zkoumaných variant byly hodnoceny za takto definovaných podmínek toku taveniny. Koncentrace energie v oblasti vstupující taveniny spojená s vyvoláním p íčných cirkulací vykazovala až několikanásobně zvýšení tavicího výkonu a snížení tepelných ztrát procesu tavení skla. Poznatky jsou vhodné pro návrhy pokročilých tavicích za ízení.

18



Vlastnosti, struktura a termické chování skel systému Fe2O3-TiO2-P2O5 ANTONÍN RAČICKÝ Katedra obecné a anorganické chemie, Fakulta chemicko-technologická, Univerzita Pardubice, Studentská 95 Pardubice, Česká republika [email protected] Fosforečnanová skla mají spoustu užitečných vlastností a možností uplatnění. Jejich velkou nevýhodou ale je jejich nízká chemická odolnost. Proto jsou tato skla modifikována různými oxidy, které mají jejich odolnost zvýšit a umožnit tak jejich lepší využití. Fosforečnanová skla modifikovaná oxidem železitým jsou zkoumána jako možné médium pro ukládání (vitrifikaci) radioaktivního odpadu díky jejich výborné chemické odolnosti a nízkým teplotám pot ebným pro jejich zpracování. Železitá fosfátová skla s p ídavky oxidu titaničitého byla p ipravena a studována v kompoziční adě (100-x)(40Fe2O3-60P2O5)-xTiO2 v rozsahu x = 0-12 mol% TiO2. U skel byly změ eny hustota, molární objem, chemická odolnost a index lomu. Struktura skel byla zkoumána Ramanovou spektroskopií. Pro zjištění poměru iontů Fe 2+ a Fe3+ ve skle byla použita Mössbauerova spektroskopie. Diferenční termická analýza, termodilatometrie a vysokoteplotní mikroskopie byly použity pro charakterizaci termických vlastností skel. Z Ramanových spekter vyplynulo, že se skelná struktura skládá hlavně z tetraedrů PO4, a to p evážně z difosfátových strukturních jednotek typu Q1 a částečně z metafosfátových (Q2) a ortofosfátových (Q0) jednotek. Vibrační pásy TiOx strukturních jednotek nebyly ve spektrech nalezeny. Z Mössbauerovy spektroskopie vyplynulo, že se ve skle vyskytují ionty Fe2+ i Fe3+. Modifikace výchozího skla o složení 40Fe2O3-60P2O5 za pomoci TiO2 se projevila ve změně vlastností skel. Záměna oxidů Fe2O3 a P2O5 za oxid titaničitý má za následek zvýšení hustoty skel, indexu lomu a Abbeova čísla, zatímco molární objem klesá. Všechna studovaná skla vykazovala vysokou disperzi v oblasti viditelného zá ení a velmi vysokou odolnost vůči působení vody.

19



Diferenční termická analýza ukázala, že všechna studovaná skla p i zah ívání krystalizují v oblasti 590 – 605°C a že povrchový mechanismus nukleace p evládá nad mechanismem objemovým. Krystalizační teplota a teplota skelného p echodu se s růstem obsahu oxidu titaničitého zvyšují, zatímco termická stabilita skel klesá. Koeficienty teplotní roztažnosti získané z termodilatometrických k ivek se pohybují v oblasti Ř,4 až 9,6 ppm·K-1(v rozsahu 150-250°C), vliv oxidu titaničitého na koeficient teplotní roztažnosti nebyl pozorován. Sloučeniny vzniklé p i krystalizaci skel byly Fe2P4O12, Fe3(P2O7)2 a FePO4. Tato práce byla podporována z SGS projektu Univerzity Pardubice.

20



Optická vlákna s k emenným jádrem a Braggovským pokryvem p ipraveným metodou sol-gel IVO BARTOŇ1,2, VLASTIMIL MATĚJEC2, JOSEF MATOUŠEK1 1)

Ústav skla a keramiky, VŠCHT Praha, Technická 5, Praha 6 2) Ústav fotoniky a elektroniky, AVČR v.v.i. bartonv @vscht.cz

V současnosti jsou intenzivně studována speciální optická vlákna vhodná pro p enos vysokých energií laserů. P íkladem takových vláken mohou být vlákna s optickým pláštěm z fotonického krystalu, vlákna se zakázaným fotonickým pásem nebo Kagome vlákna. Speciálním typem fotonických vláken jsou Braggovská vlákna, kde optický plášť je tvo en několika páry vrstev, jedné ysokoindexové a jedné nízkoindexové. Taková struktura má v určitém rozsahu vlnových délek fotonický zakázaný pás, což znamená, že p i těchto vlnových délkách je světlo soust eděno do jádra a může jím být vedeno na dlouhé vzdálenosti. Jádro může být vzduchové nebo ze skla. Braggovská vlákna jsou obvykle tažena z preforem p ipravených pomocí chemické depozice. Tento p íspěvek ukazuje možnost p ípravy optického pláště s fotonickým zakázaným pásem pomocí sol-gel metody. Optická vlákna prezentována v tomto p íspěvku mají velké k emenné jádro obklopené t emi páry vysoko a nízko indexových vrstev, které jsou navrženy tak, aby fotonický zakázaný pás byl v oblasti vlnových délek kolem 650 nm. Kvůli nesnadné charakterizaci tenkých vrstev na vláknových substrátech, byl plášť p ipraven nejprve na k emenných sklech a vlastnosti tohoto pokryvu byly charakterizovány. V experimentech byly vysokoindexové vrstvy p ipraveny ze solu z butoxidu titaničitého rozpuštěného v isopropanolu spolu s vodou a kyselinou dusičnou. Sol pro nízkoindexové vrstvy se skládal z tetrametylortosilanu rozpuštěného v metanolu s p ídavkem vody a kyseliny chlorovodíkové. Soly byly naneseny na k emenná skla metodou dip-coating p i rychlostech v rozmezí 100-300mm/min optimalizovaných pro získání pot ebných optických tlouštěk. Tepelné zpracování tenkých vrstev probíhalo v oblasti teplot 200450°C. Jednotlivé vrstvy byly charakterizovány pomocí optické profilometrie a

21



spektrální elipsometrie. Multivrstvy pak byly charakterizovány pomocí UV-VIS-NIR spektrometrie. Namě ené výsledky pak byly interpretovány pomocí teoretického modelování. Postup nanášení multivrstvého pokryvu vypracovaný na planárních substrátech byl použit pro p ípravu Braggovského pokryvu na optických vláknech o průměru 300 m a délce 50 cm. Pomocí modifikované dip-coating techniky byly t i páry vysoko- a nízkoindexových vrstev naneseny na optické vlákno. Každá vrstva byla sušena p i 200°C 30 minut a nakonec byl multivrstvý pokryv zpracován p i 450°C po dobu 30 minut. Takto p ipravené vlákno bylo charakterizováno pomocí mě ení jeho transmisního spektra a úhlové distribuce výstupního výkonu. Dosažené výsledky ukazují, že p ipravené vlákno je multimódové a může operovat v oblasti okolo 700 nm.

22



P íprava a fyzikálně-chemické vlastnosti tenkých vrstev GeŘBi2Te11 a GeŘSb2Te11 VASYL KARABYN*, J. PRIKRYL, L. STRIZIK, L. BENES, R. SVOBODA, B. FRUMAROVA, M. FRUMAR. Department of General and Inorganic Chemistry, University of Pardubice, Studentská 573, Pardubice 532 10, Czech Republic [email protected] V současné době jsou intenzívně studovány materiály, které s fázovou změnou výrazně mění svoje optické a elektrické vlastnosti („Phase - change“ materiály). Materiály na bázi Ge-Sb-Te jsou používány v optických datových médiích (CD-RW, DVD-RW, HDDVD, Blu-ray discích (Ge8Sb2Te11)) vzhledem k velkému rozdílu v odrazivosti amorfní a krystalické fáze a možnosti velmi rychlé, laserovým paprskem indukované, transformace struktury mezi těmito fázemi p i dostatečné stabilitě záznamu za pokojové teploty. Současným trendem výzkumu, mimo zvýšení rychlosti zápisu a p episu, je navýšení kapacity datových médií. Literatura: 1. N. Yamada, E. Ohno, K. Nishiuchi, N. Akaria, M. Takao, J Appl Phys, 69, (1991), 2849 2. L.J. van der Pauw, Philips Technical Review, 20 , (1958), 220 3. H. E. Kissinger, Anal. Chem. 29, (1957) 1702 4. Mott N. F., Davis E. A.,Electronic Processes in Non-Crystalline Materials, Oxford Clarendon Press; London, 1971 5. R. Clausius, Die Mechanische Wärmlehre. Vol. II. 1879, Brunswick: Vieweg-Verlag; O. Mossotti, Mem. e Fisica di Modena 24 (1850) 49 6.J. Park1, M. Song, S. Yoon, H. Lim, D. S. Jeong, B. Cheong, H. Lee, Phys. Status Solidi A, 210 (2), (2013) 267

23



Fotoluminiscence a fotonová up-konverze v amorfních chalkogenidech Ga-Ge-As(Sb, Bi)-S: Er3+ V. PROKOP1, T. WAGNER1, L. STRIZIK1, L. BENES1, J. OSWALD2, B. FRUMAROVA3, M. VLCEK3, R. SVOBODA4 1)

Katedra obecné a anorganické chemie, Fakulta chemicko-technologická, Univerzita Pardubice, Studentská 573, Pardubice 532 10, Česká republika 2) Fyzikální ústav AV ČR Cukrovarnická 10, 162 00, Praha 6, Česká republika 3) Společná laboratoř chemie pevných látek ústavu makromolekulární chemie AV ČR, v.v.i. a univerzity Pardubice, Univerzita Pardubice, Pardubice 532 10, Česká republika 4) Katedra fyzikální chemie, Fakulta chemicko-technologická, Univerzita Pardubice, Studentská 573, Pardubice 532 10, Česká republika [email protected]

Chalkogenidová skla (Ge25Ga8As2S65)1–xErx, kde x = 0.01–1 at.%, a (Ge25Ga8M2S65)0.999Er0.001, kde M = As, Sb nebo Bi, byla syntetizována a studována za účelem dosažení intenzívní fotonové up-konverzní (UCPL) emise od viditelné do st ední infračervené spektrální oblasti a pro optické zesilovače [1-3]. S rostoucí koncentrací Er3+ v termicky stabilních sklech (Ge25Ga8As2S65)1–xErx dochází nejen ke zvýšení celkové up-konverzní emisní intenzity, ale také ke zvyšování poměru červené ku zelené UCPL intenzity [4]. Na druhé straně, amorfní Ge25Ga8Bi2S65: Er3+ chalkogenidy mají slibnou hodnotu koeficientu optického zesílení p i ≈1,5 μm p i relativně nízkých excitačních výkonech, což je dělá slibnými kandidáty pro optické zesilovače. Intenzity 4f-4f elektronových p echodů daných lokálním obklopením iontů Er3+ hostitelskou matricí byly zkoumány na základě Juddovy-Offeltovy teorie [5]. Struktura skel byla vyšet ována pomocí Ramanova rozptylu. Výsledky práce demonstrují, že se zmiňované materiály jeví slibnými pro aplikace ve fotonice a optoelektronice [6]. Literatura: [1] K. Tanaka a K. Shimakawa, Amorphous chalcogenide semiconductors and related materials, 2011, New York: Springer. 239.

24



[2] L. St ižík, Chalkogenidová skla pro fotoniku, Pardubice 2014. Disertační práce. Univerzita Pardubice. Fakulta chemicko-technologická. Vedoucí práce: Tomáš Wágner. s. 133. [3] I. Pelant a J. Valenta, Luminiscenční spektroskopie. Objemové a krystalické polovodiče, 2006, Praha: Academia. 327. [4] L. Strizik, J. Zhang, T. Wagner, J. Oswald, T. Kohoutek, B.M. Walsh, J. Prikryl, R. Svoboda, C. Liu, B. Frumarova, M. Frumar, M. Pavlista, W.J. Park a J. Heo, Green, red and near-infrared photon up-conversion in Ga–Ge–Sb–S:Er3+ amorphous chalcogenides. J. Lumin., 147 (2014), s. 209-215. [5] B.M. Walsh, Judd-Ofelt theory: Principles and practices, in Advances in Spectroscopy for Lasers and Sensing, 2006, Springer: NASA Langley Research Center. s. 31. [6] V. Ter-Mikirtychev, Fundamentals of fiber lasers and fiber amplifiers, in Springer Series in Optical Sciences, 2014, Springer: New York, s. 1–253.

25



26



ABSTRAKTY Sekce III

27



Sledování koncentrace hydroxylových nečistot v teluričitých sklech NIKOLA BAŠINOVÁ1,2 1)

2)

Vysoká škola chemicko-technologická v Praze, Technická 5, 166 28 Praha 6 Ústav struktury a mechaniky hornin AV ČR, V Holešovičkách 41, 182 09 Praha 8 nikola.basinova @vscht.cz

Teluričitá skla pat í do skupiny skel oxidů těžkých kovů. Díky výjimečným vlastnostem, mj. intervalu optické propustnosti, vysokému indexu lomu, vysoké účinnosti zá ivých p echodů iontů vzácných zemin, dobré tepelné a chemické odolnosti, p edstavují materiál s potenciálním využitím ve fotonice a optoelektronice ve viditelné až st ední infračervené oblasti zá ení (do 6-Ř µm). Na optická skla je obecně kladen důraz na vysokou čistotu. Pro teluričitá skla jsou největším problémem hydroxylové nečistoty, které způsobují velmi silnou absorpci zá ení v oblasti vlnových délek kolem 3 mikrometrů. Skupiny OH- v této oblasti mají fundamentální absorpční pás a tedy i jejich velmi malá koncentrace se projeví výrazným poklesem propustnosti materiálu, často až naprostou nepropustností. Sledována byla olovnato-teluričitá skla, u kterých byl hodnocen jak vliv technologického postupu p ípravy, tak složení na výslednou koncentraci OH - nečistot. P ipravena byla skla s různými chemickými formami olova – oxidy (PbO, PbO2, Pb3O4), halogenidy (PbF2, PbCl2, PbBr2, PbI2), dusičnanem (Pb(NO3)2 a uhličitanem PbCO3. Dále byl sledován vliv materiálu tavicího kelímku na ternárních skelných systémech a vyzkoušena byla také p ímá syntéza z elementárních prvků. U p ipravených vzorků byla pozorována jejich homogenita a kontrolováno chemické složení pomocí skenovací elektronové mikroskopie spojené s analyzátorem rentgenového zá ení (EDX). Diferenciální skenovací kalorimetrií (DSC) byly mě eny termické vlastnosti jednotlivých skel. Stanovena byla také hustota jednotlivých vzorků. A změny koncentrace OH- nečistot byly sledovány pomocí transmisní spektroskopie a kvantifikovány pomocí vypočtených extinkčních koeficientů (aplikací LambertovaBeerova zákona).

28



Portlandský slínek ovlivněný p ídavkem oxidu barnatého ve formě uhličitanu a síranu ANEŽKA ZEZULOVÁ1), THEODOR STANĚK2), TOMÁŠ OPRAVIL1) 1)

Vysoké učení v Brně, Fakulta chemická, Purkyňova 118, 612 00 Brno, Česká republika 2) Výzkumný ústav stavebních hmot, a.s., Hněvkovského 65, 617 00 Brno, Česká republika [email protected]

Výzkum v oblasti jaderné chemie je neustále rozvíjeným a diskutovaným tématem, a proto by i možnosti, jak odstínit ionizační zá ení, měly být z hlediska ochrany obyvatelstva studovány. Dosavadní výzkum se v oblasti maltovin p evážně věnoval barytovým omítkám. ešením by však mohly být i cementy s obsahem barya, jež nebyly zatím podrobeny hlubšímu studiu. Tato práce zkoumá vliv oxidu barnatého na tvorbu a vlastnosti portlandského slínku, jenž by zavedením barya do systému mohl sloužit jako pojivo pro stavby schopné odstínit různé typy ionizujícího zá ení. Pro p ípravu slínků s různým obsahem oxidu barnatého byl k základní surovinové moučce p idán uhličitan či síran barnatý v odstupňovaném zastoupení. Struktura vypálených slínků byla pozorována pod optickým mikroskopem. XRD – Rietveldovou analýzou a mikroskopickou bodovou integrací byl stanoven poměr fází, s p ibývajícím obsahem barya klesal poměr alit : belit a postupně narůstalo množství volného vápna. Síran rychle se snižující poměr alit : belit zpomaluje, ale navíc způsobuje růst krystalů alitu do značných velikostí. Schopnost barya vstupovat do jednotlivých slínkových minerálů byla pozorována pomocí SEM s EDS. Nejvyšší obsah barya se nacházel v belitu a v mezerní hmotě, v té však vytvá el shluky. Dále byl pozorován vliv změny teploty vzniku fází pomocí TG-DTA a rychlost tvorby alitu za izotermních podmínek.

29



P íprava pórobetonu o velmi nízké objemové hmotnosti ONDŘEJ KOUTNÝ1, JIŘÍ KRATOCHVÍL1, TOMÁŠ OPRAVIL1 1)

Fakulta chemická, Vysoké učení technické v Brně, Purkyňova 118, 612 00 Brno [email protected]

Pórobeton, jakožto moderní stavební materiál, nabývá na své oblíbenosti zejména díky svým výborným tepelně izolačním vlastnostem, které vyplývají z nízké objemové hmotnosti a porézního charakteru p i dostatečně vysoké mechanické pevnosti. Do pop edí se však v poslední době dostává myšlenka využití tohoto materiálu k čistě tepelně-izolačním účelu a nahradit tak stávající systémy potýkající se s mnoha nevýhodami, jimiž je p edevším trvanlivost. Klíčem pro zlepšení tepelně-izolačních vlastností je tedy získat schopnost p ípravy nenosného materiálu na bázi pórobetonu s extrémně nízkou objemovou hmotností (pod 200 kg/m3) zajišťující výborné tepelněizolační vlastnosti, avšak s dostatečnými mechanickými vlastnostmi umožňujícími efektivní manipulaci. Takto charakterizovaný materiál může být p ipraven pěněním velmi jemných surovin, jako je velmi jemně mletý písek a k emičitý úlet. Tento p íspěvek se zabývá možnostmi a shrnuje základní požadavky pro úspěšnou p ípravu materiálu těchto vlastností.

30



Alternativní kameniva na bázi fluidního ložového popela JIŘÍ KRATOCHVÍL1), HANA KALOUSOVÁ1), ONDŘEJ KOUTNÝ1), TOMÁŠ OPRAVIL1) 1)

Fakulta chemická, Vysoké učení technické v Brně, Purkyňova 464/118 612 00 Brno [email protected]

Vysokoteplotní i fluidní popílky nejsou v současné době dostatečně efektivně využívány a jsou deponovány ve značných množstvích. Tato práce se snaží nalézt a ově it některé možnosti vhodného uplatnění fluidního ložového popela ve stavebnictví, konkrétně v podobě alternativního kameniva do betonu. Po provedení nezbytných analýz bylo navrženo několik systémů na bázi fluidního ložového popela a p íměsí jako portlandský cement, písek a testovány byly i pojivové vlastnosti fluidního ložového popela. Mezi nejvíce sledované vlastnosti pat ila pevnost v tlaku a objemová hmotnost. Cílem bylo nalézt vhodný poměr mezi p ídavkem modifikující látky a výslednou pevností p ipraveného kameniva tak aby odpovídalo normě pro kameniva do betonu.

31



32



ABSTRAKTY Sekce IV

33



Optimalizace složení fosfátových pojiv pro žáruvzdorné aplikace HANA KALOUSOVÁ1), JIŘÍ KRATOCHVÍL1), TOMÁŠ OPRAVIL1) 1)

Fakulta chemická, Vysoké učení technické v Brně, Purkyňova 464/118 612 00 Brno [email protected]

Tento článek pojednává o optimalizaci složení fosfátových pojiv, která jsou využívána v oblasti výroby žáruvzdorných materiálů. Pro takové materiály lze obvykle použít bauxit jako zdroj oxidu hlinitého. Během úpravy bauxitu dochází p i procesu mletí k otěru železa z mlecích koulí. Drobné částice otěrového železa po smíchání s fosfátovým pojivem reagují za vzniku vedlejších plynných produktů, které způsobují tvorbu bublin a celkovou deformaci žárovzdorných výrobků. Tento výzkum si kladl za cíl nalézt vhodná aditiva, která by omezila anebo zamezila tvorbu nežádoucích plynů. Pro lepší pochopení mechanizmu byl systém zjednodušen použitím modelového pojiva, které bylo laboratorně p ipraveno rozpuštěním hydroxidu hlinitého v kyselině fosforečné. Otěrové železo bylo nahrazeno čistým pentakarbonylovým železem. Modelové pojivo bylo modifikováno použitím různých inhibitorů a byl sledován jejich vliv na množství vývinu vodíku. U vybraných inhibitorů byly promě eny rovněž koncentrační ady nezbytné pro optimalizaci množství p ídavku inhibitoru do pojiva.

34



Vysokoteplotní mechanické vlastnosti mullitických materiálů JAN URBÁNEK, JIŘÍ HAMÁČEK, JAN MACHÁČEK, JAROSLAV KUTZENDӦRFER, Ústav skla a keramiky, Vysoká škola chemicko-technologická v Praze, Technická 5, 166 28, Praha 6 – Dejvice [email protected] Zkoušky pevnosti za vysokých teplot poskytují velmi důležité informace o vlastnostech žárovzdorných a keramických materiálů. Bylo zjištěno, že mullitický keramický materiál LUNIT 73, který obsahuje 63% Al2O3, vykazuje poměrně výrazné maximum HMOR (Hot Modulus of Rupture) p i teplotách kolem 1000°C. Toto maximum je dob e reprodukovatelné, ale není možné jej dát do souvislosti s nějakou chemickou nebo fázovou změnou. Cílem této práce bylo zjistit, jestli je zmíněné maximum p ítomné také v jiném mullitickém materiálu a jestli je možné jej korelovat s dalšími mechanickými parametry, jako nap íklad s Youngovým modulem pružnosti nebo útlumovou konstantou získané z impulsní excitační metody. Byl vybrán mullitický žárovzdorný materiál A60S, na kterém byly promě eny závislosti pevnosti v ohybu, útlumové konstanty a Youngova modulu na teplotě. Materiál vykazoval stejně jako LUNIT 73 maximum pevnosti v ohybu. Youngův modul vykazoval s oh evem a ochlazením hysterezi způsobenou pravděpodobně rozdílnou roztažností ost iva a matrix. Útlumová konstanta vzrůstala v oblasti vysokých teplot, kde docházelo ke zvyšování HMOR a tvorbě jeho maxima. Byla studována spojitost mezi zvýšením pevnosti materiálu v ohybu a jeho plastickým chováním za vysokých teplot. Tato práce byla součástí specifického univerzitního výzkumu (MŠMT č. 20/2016).

35



Žárovzdorné geopolymerní materiály na bázi popílku MICHAL ŠUHÁJEK, FRANTIŠEK ŠKVÁRA, VŠCHT Praha, Technická 5, 166 28 Praha 6 – Dejvice [email protected] Cílem práce bylo prozkoumat vysokoteplotní vlastnosti geopolymerního materiálu na bázi úletového popílku s použitím žárovzdorného ost iva. Dále byla zkoumána odolnost geopolymerního materiálu vůči působení prost edí kyseliny sírové a závislost vývoje pevností po této expozici. P ipravené geopolymerní směsi s k emičitým pískem a páleným lupkem dosahovaly nízkých hodnot vyluhovatelnosti Na + v prost edí kyseliny sírové. Po expozici nedošlo k pozorovatelnému poškození vzorků. Únosnosti p i deformaci v žáru geopolymerních materiálů s páleným lupkem jsou v oblasti 1000 - 1100 °C. Tato skutečnost dává možnost pro použití takového materiálu i v pracovních teplotách nad uvedenou teplotou výpalu. Na základě zjištěných údajů je možné p isoudit geopolymerním materiálům s vysokoteplotním ost ivem potenciál použití v oblasti nízko až st edně teplotních žáromateriálů. Geopolymerní směsi prokázaly výrazně lepší odolnost, než je běžná pro pojiva s portlandským cementem, kdy p i expozici kyselinou sírovou dochází k úplnému rozkladu. Rovněž vysokoteplotní vlastnosti geopolymerních materiálů jsou výrazně lepší než u směsí s portlandským cementem, kde p i vyšších teplotách také dochází k rozkladu a destrukci.

36



Změny vlastností geopolymeru na bázi metakaolinu v časovém rozmezí 2Ř – 360 dní LENKA MATULOVÁ Ústav skla a keramiky, Vysoká škola chemicko-technologická v Praze, Technická 5, 166 28 Praha – 6 Dejvice [email protected] Geopolymery na bázi metakaolinu jsou hojně studované amorfní hlinitok emičitany, avšak dlouhodobá stabilita jejich vlastností není dostatečně prozkoumána. Proto byly vzorky geopolymerních kaší a malt uloženy v laboratorních podmínkách (referenční vzorky), ve vodě (20°C), ve vodě (Ř0°C) a v exteriéru a byly mě eny mechanické vlastnosti vzorků (pevnost v ohybu a v tlaku) po 2Ř, 56, ř0 a 360 dnech. Současně byly zkoumány strukturní vlastnosti (XRD, SEM, rtuťová porozimetrie). Zatímco mechanické vlastnosti vzorků v laboratorním uložení a ve vodě (20°C) byly stabilní, u vzorků ve vodě (Ř0°C) a v exteriéru mechanické vlastnosti znatelně poklesly. Strukturní analýzy byly zamě eny na změny mikrostruktury vzorků (rozvoj mikrotrhlin, změny v distribuci pórů) a zjišťování p ítomnosti zeolitů, které by signalizovaly nežádoucí procesy v geopolymerních vzorcích. Práce si klade za cíl porovnání a okomentování změn v období 2Ř až 360 dní.

37



38



ABSTRAKTY Sekce V

39



Mě ení teplotní vodivosti porézní spinelové keramiky metodou laser flash TEREZA UHLÍŘOVÁ1, WILLI PABST1, DAVID SMITH2, VOJTĚCH NEČINA1, JAKUB ČERNÝ1, ZDENĚK SOFER3, 1

2

Ústav skla a keramiky, VŠCHT Praha, Technická 5, 166 28 Praha 6 Ecole Nationale Supérieure de Céramique Industrielle, 12 Rue Atlantis, 87280 Limoges, Francie 3 Ústav anorganické chemie, VŠCHT Praha, Technická 5, 166 28 Praha 6 [email protected]

Jednou z dnes nejvíce rozší ených metod mě ení teplotní vodivosti je metoda laser flash, jejímž principem je absorpce krátkého laserového pulzu na p ední straně vzorku a snímání změny teploty na zadní straně bezkontaktním infračerveným detektorem. Ze závislosti změny teploty na čase lze pak na základě určitých p edpokladů spočítat teplotní vodivost. Za p edpokladů nekonečně krátkého laserového pulzu a ideální adiabatické chování systému existuje klasické ešení, tzv. Parkerův model. Jiné, složitější modely, které jsou obvykle součástí softwarů komerčních p ístrojů, berou v úvahu tepelné ztráty (radiací), konečnou délku a pop . různý profil laserového pulzu a další odchylky od ideálního chování. V této práci byla metoda laser flash aplikována na porézní spinelovou keramiku s různou pórovitostí (26–57 %) p ipravenou uniaxiálním lisováním (70–100 MPa s výdrží 30 s) s kuku ičným škrobem jako pórotvorným činidlem (vypálené p i 1600 °C s nárůstem 2 °C/min a 2 h výdrží p i maximální teplotě) resp. parciálním slinováním v teplotním rozsahu 1350–1600 °C (nárůst 2 °C/min, 2 h výdrž). Teplotní vodivost byla mě ena na t ech různých p ístrojích – prototyp sestavený v ENSCI Limoges, Francie pro mě ení na vzduchu p i pokojové teplotě; LFA 427 (Netzsch) a LFA 1000 (Linseis). Vzorky byly mě eny v rozsahu teplot od pokojové teploty (na vzduchu) resp. od pokojové teploty až do ř00 °C v argonové atmosfé e resp. ve vakuu. Na základě znalosti měrné tepelné kapacity a objemové hmotnosti byla teplotní vodivost p epočítána na tepelnou vodivost, pro kterou existují teoretické meze (Wienerovy resp.

40



Hashin-Shtrikmanovy meze) a modely p edpovídající její závislost na pórovitosti, buď za p edpokladu nulové vodivosti pórů (lineární, mocninový, exponenciální) anebo za p edpokladu, že vodivost pórů odpovídá vodivosti vzduchu p i atmosférickém tlaku (Loeb, Maxwell-Eucken, Landauer-Bruggeman, Russell, Ashby). Ačkoliv hodnoty tepelné vodivosti hutné spinelové keramiky kolísají v poměrně širokém rozsahu (20,4 ± 4,3 W/mK), lze íci, že vypočtené hodnoty jsou výrazně nižší než všechny p edpovědi, a to nejen pro parciálně slinutou keramiku, ale i pro keramiku p ipravenou za pomocí pórotvorného činidla. Proložení hodnot namě ených pro vzorky p ipravené za pomocí pórotvorného činidla lineární resp. exponenciální fitovací rovnicí vede k extrapolovaným hodnotám 11–12 W/mK pro tepelnou vodivost hutné spinelové keramiky daného typu. Výsledky vysokoteplotních mě ení tepelné vodivosti ukázaly shodnou teplotní závislost a dobrou shodu absolutních hodnot na obou komerčních p ístrojích. Tato práce byla součástí specifického univerzitního výzkumu (MŠMT č. 20/2016).

41



Charakterizace p íčin degradace povrchových úprav keramických materiálů MÁRIA KAVANOVÁ1), ALEXANDRA KLOUŽKOVÁ1), JAROSLAV KLOUŽEK2) 1)

Ústav skla a keramiky, Vysoká škola chemicko-technologická v Praze, Technická 5, 166 28, Praha 6 – Dejvice 2) Laboratoř anorganických materiálů, společné pracoviště Ústavu anorganické chemie AV ČR, v. v. i., a Vysoké školy chemicko-technologické v Praze, V Holešovičkách 41, 182 09, Praha 8 [email protected] Stabilní skelné povrchové úpravy keramických materiálů slouží ke zvýšení odolnosti vůči vlivu korozních prost edí bez ztráty užitných vlastností. P edpokladem pro užívání povrchových vrstev na keramických výrobcích je jejich odolnost p i kontaktu s vodou, alkalickými i kyselými roztoky a dalšími agresivními médii. Nejčastější p íčinou degradace glazurní vrstvy je koroze amorfní fáze vlivem vodných roztoků či par kyselin a zásad. Chemické působení prost edí může změnit vzhled i vlastnosti glazovaných povrchů několika způsoby, velmi často dochází k ztrátě lesku, méně k vzniku defektů a tvorbě korozních produktů. Dalším původem degradace je vznik defektů vzniklých vlivem interakce glazura – st epová hmota nebo povrchových vad způsobených vlastnosti samotné skelné vrstvy. Defekty glazur často vedou až k znehodnocení dané glazury a tedy i keramického výrobku. Jednotlivé typy poruch a působící faktory se projeví buď ihned po výpalu, nebo během užívání a skladování výrobku. Faktory vzniklých defektů lze rozdělit do čty základních skupin: působení st epu, vliv podmínek výpalu, vliv dekorací či samotné glazury. Hlavním cílem práce bylo studium defektů povrchových vrstev vybraných archeologických a modelových vzorků a zjištění p íčin vzniku těchto vad. Obě části studovaných systémů glazura – st epová hmota byly charakterizovány pomocí chemického složení (XRF) a mineralogického složení (XRD). K porovnání hodnot koeficientů délkové teplotní

42



roztažnosti a vlivu interakce glazura – st epová hmota byly použit dilatometr (DIL) a vypočítány napěťové stavy st ep – glazura. Jednotlivé typy defektů byly charakterizovány také pomocí optické mikroskopie (OM). Financováno z účelové podpory na specifický vysokoškolský výzkum MŠMT (Rozhodnutí č. 20/2015)

43



P íprava Er2Ce2O7 za použití mineralizátorů BLANKA HABLOVIČOVÁ, PETRA ŠULCOVÁ 1)

Univerzita Pardubice, Fakulta chemicko-technologická, Katedra anorganické technologie, Studentská 573, 532 10 Pardubice, ČR [email protected]

Hlavní vlastností keramických pigmentů je zachovat si barevné vlastnosti v keramické glazu e a z toho důvodu musí mít i dobrou stabilitu za vysokých teplot. Avšak mnoho keramických pigmentů obsahuje těžké kovy (nap . kadmium, olovo, chrom, …), které jsou legislativně sledovány či omezovány po celém světě pro jejich toxicitu. Jako netoxická náhrada se začínají používat lanthanoidy, které mají díky své unikátní elektronové konfiguraci neobvyklé optické vlastnosti [1]. Za výchozí látky byly zvoleny Er2O3 a CeO2, které byly homogenizovány v prost edí ethanolu v planetárním mlýnu (Pulverisette 5, Frizsch, Německo). Doba mletí byla 5 h (200 ot./min) a použito bylo 30 achátových kuliček o průměru 1 cm. K takto p ipravené reakční směsi byly p idány různé mineralizátory a následně byly směsi kalcinovány v elektrické peci p i teplotě 1400 °C. Mineralizátory se používají jako pomocné látky pro zlepšení barevných vlastností a také napomáhají vzniku produktu za nižších teplot [2]. Byly zvoleny tyto soli: CaCl2, Na2B4O7 a směsi FeCl3-NaCl, CeCl3-KCl a MgCl2-MgO. Po výpalu byly vzniklé produkty aplikovány do organického pojivového systému v plném tónu a do keramické glazury G 070 91 v 10 hm. %. P idáním CaCl2, CeCl3-KCl a MgCl2-MgO došlo k nepost ehnutelné barevné změně (ΔE < 3) oproti sloučenině bez mineralizátorů. Tyto vzorky jsou u obou aplikací podobně růžové. Na 2B4O7 podporuje vznik viditelné změny barevných vlastností (ΔE > 7), vzniklé odstíny jsou mnohem sytější s vyššími hodnotami barevných sou adnic a* i b*. K velké barevné změně (ΔE > 12 u aplikace do organického pojiva, u keramické glazury ΔE > 23) vede p íspěvek směsi FeCl3-NaCl, došlo k vysokému navýšení sou adnic a* a b* i sytosti oproti p edchozím. Tyto vzorky se jeví jako tmavě oranžové či dokonce nahnědlé. Výzkum anorganických pigmentů je na pracovišti autorů podporován IGA Univerzity Pardubice.

44



[1] S. Ke, Y. Wang, Z. Pan: Dyes and Pigments 108 (2014) 98-105. [2] N. Gorodylova, V. Kosinová, Ž. Dohnalová, P. Šulcová, P. Bělina: Dyes and Pigments 111 (2014) 156-161.

45



P íprava a hodnocení pigmentů typu YFeO3 dopovaných In3+ a Ga3+ ANETA BURKOVIČOVÁ, ŽANETA DOHNALOVÁ, PETRA ŠULCOVÁ Univerzita Pardubice, Fakulta chemicko-technologická, Katedra anorganické technologie, Studentská 95, 532 10, Pardubice [email protected] Ortoferity vzácných zemin obecného vzorce RFeO3, kde R je trojmocný kationt prvku ze skupiny vzácných zemin, byly poprvé identifikovány v roce 1950 Forestierem a GuitGuillainem, kte í zároveň popsali jejich magnetické vlastnosti. Tyto sloučeniny tvo í významnou skupinu látek a jejich krystalické a polykrystalické formy byly nejvíce prozkoumány v šedesátých a sedmdesátých letech 20. století. V poslední době se uplatňuje v katalyzátorech, plynových senzorech a feromagnetických materiálech. Je registrován jako fotokatalyzátor pro oxidaci CO. Obecně platí, že čistý YFeO3 je nep ímý polovodič typu P s energií zakázaného pásu 2,58 eV. Výzkum potvrdil, že tyto materiály mohou i účinně p evádět solární energii na chemickou. YFeO3 má zkreslenou perovskitovou strukturu s kosočtverečnou krystalovou m ížkou. P i zkoumání systému Fe2O3-Y2O3-H2O-Na2CO3 bylo zjištěno, že YFeO3 je termodynamicky nestabilní a může být p i vysoké teplotě transformován na stabilní Fe3O4 nebo Y3Fe5O12 (YIG – yttrium iron garnite), což činí syntézu čistého perovskitu velmi obtížnou [1-4]. Cílem našeho výzkumu bylo ově it možnost p ípravy a použití YFeO 3 jako termicky stabilního anorganického pigmentu a rovněž bylo zkoumáno, jaký vliv na pigmentově aplikační vlastnosti má nahrazení 5 mol% Fe3+ za In3+ nebo Ga3+. Vzorky byly p ipraveny mechanickou aktivací v kapalném médiu (voda:ethanol = 1:1) a byly následně vypáleny ve dvou krocích v teplotním rozmezí 900 – 1300 °C. U těchto sloučenin byly stanoveny barevné vlastnosti v organickém pojivu (uretano-akrylátový kopolymer) a v keramické glazu e, zároveň byla změ ena velikost částic a určeno jejich fázové složení.

46



Výzkum anorganických pigmentů je na pracovišti autorů podporován IGA Univerzity Pardubice. Literatura: [1] R. Krishnan, A. Lisfi, M. Guyot, V. Cagan: Journal of Magnetism and Magnetic Materials 147 (1995) L221-L224. [2] Y. Zhang, J. Yang, J. Xu, Q. Gao, Z. Hong: Materials Letters 81 (2012) 1–4. [3] F. Stevens, R. Cloots, D. Poelman, B. Vertruyen, C. Henrist: Materials Letters 114 (2014) 136–139. [4] A.V.Racu, D.H.Ursu, O.V.Kuliukova, C.Logofatu, A.Leca, M.Miclau: Materials Letters 140 (2015) 107–110.

47



48



ABSTRAKTY Sekce VI

49



Vliv způsobu syntézy na barevné vlastnosti směsného oxidického pigmentu Bi1,5Zn0,5Ce2O7 KATEŘINA TĚŠITELOVÁ, MILENA KAUFMANNOVÁ, PETRA ŠULCOVÁ Katedra anorganické technologie, Fakulta chemicko-technologická, Univerzita Pardubice, Studentská 95, 532 10 Pardubice [email protected] Speciální keramické anorganické pigmenty, jejichž hostitelská m ížka je tvo ena Bi2O3, se vyznačují vysokou termickou stabilitou a chemickou odolností. Včleňováním chromoforové p íměsi (většinou ionty s nezaplněnými d či f orbitaly) do nosné struktury Bi2O3 lze kromě těchto vlastností výrazně změnit i výslednou barvu p ipravovaných pigmentů [1]. Také p ítomnost ceru v p ípadě studovaného pigmentu Bi1,5Zn0,5Ce2O7 pyrochlorového typu ovlivňuje nejen barevný odstín, ale také p ispívá k výraznému zvýšení termické stability a rozši uje tak oblast použití pigmentu i pro keramické glazury. Cílem tohoto p íspěvku bylo nalézt vhodný způsob syntézy pigmentu Bi1,5Zn0,5Ce2O7 a zhodnotit aplikační vlastnosti ve smyslu jeho použití k vybarvování org. pojivových systémů, resp. keramických glazur. Směsný oxidický pigment Bi1,5Zn0,5Ce2O7 byl p ipraven klasickou keramickou metodou (KKM), suspenzním mísením surovin (SMS) a srážením (SR). V p ípadě KKM bylo smíseno stechiometrické množství oxidů Bi2O3, ZnO a CeO2 s následnou kalcinací p i teplotách Ř00 - 1000 °C s krokem 50 °C po dobu 2 hodin (lineární vzestup teploty byl 10 °C/min). Jako výchozí práškové látky pro p ípravu reakční směsi pomocí způsobů SMS a SR byly využity Bi(NO3)3·5H2O, ZnSO4·7H2O a Ce(SO4)2·4H2O. Kalcinace p ipravených směsí pomocí SMS a SR probíhala v teplotním intervalu 750 - 1000 °C po dobu 2 hodin v elektrické laboratorní peci. Syntetizované pigmenty byly dále aplikovány do organického pojivového systému v plném tónu (Parketol, Balakom, a.s., Opava) a do keramické glazury G 070 91 (Glazura, s.r.o., Roudnice nad Labem) v množství 10 hm.% pigmentu k hmotnosti glazury.

50



Barevné vlastnosti p ipravených aplikací v organickém systému a keramické glazu e byly objektivně vyhodnocovány pomocí barevného prostoru CIE L *a*b* za využití spektrofotometru ColorQuest XE (HunterLab, USA). V závislosti na použitém způsobu p ípravy byly získány žluté, žlutě-hnědé a žlutě-zelené odstíny. Barevně nejzajímavějšího sytého žlutého odstínu v organickém pojivovém systému bylo dosaženo pomocí SMS (teplota kalcinace 750 °C), kdy byla získána nejvyšší hodnota sytosti (S = 6Ř,37) i barevné sou adnice b* = 67,72, která odpovídá p íspěvku žlutého odstínu. Barevný odstín pigmentu Bi1,5Zn0,5Ce2O7 v keramické glazu e je charakterizován světlými méně výraznými žlutými odstíny. Tato práce vznikla za podpory IGA Univerzity Pardubice. [1] Trojan M., Šolc Z., Novotný M.: Pigments, Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, Vol. 19, J. Wiley and Sons Inc., New York 2004.

51



Vliv způsobu p ípravy na barevné vlastnosti modrofialových kasiteritových pigmentů LUCIE KAROLOVÁ, ŽANETA DOHNALOVÁ, JANA LUXOVÁ Katedra anorganické technologie, Fakulta chemicko-technologická, Univerzita Pardubice, Studentská 573, 532 10 Pardubice, Česká republika kontaktní email: [email protected] Keramické pigmenty jsou práškové anorganické látky s pigmentovými vlastnostmi. Hlavní úlohou keramických pigmentů je krýt a vybarvovat prost edí, ve kterém byly dispergovány. Mimo tyto vlastnosti se vyznačují p edevším vysokou chemickou a termickou stabilitou. Základ pigmentů tvo í termicky stabilní m ížka dopovaná ionty vhodných p íměsí [1]. V tomto p ípadě je hostitelskou m ížkou oxid cíničitý, který se v p írodě vyskytuje v podobě minerálu kasiteritu a krystalizuje v tetragonální soustavě, p esněji tvo í ditetragonální dipyramidy. Kasiteritové pigmenty jsou využívány p edevším v keramickém průmyslu. Nespornou výhodou je jejich snadná p íprava a dostupnost výchozích surovin [2]. P edkládaný výzkum se zabývá kasiteritovými pigmenty, kde jako barvící p íměs byly použity ionty kobaltu a jako nábojově kompenzující ionty byly do reakčních směsí dodávány ionty P5+. Hlavním motivem výzkumu bylo pokusit se u pigmentů typu Sn0,76Co0,08P0,16O2 pomocí vhodné p íměsi ovlivnit jejich barevnost a posunout výslednou barvu směrem k modrofialovým odstínům. K tomuto účelu bylo využito oxidu titaničitého. Pigmenty typu Sn0,76Co0,08P0,16O2 a Sn0,752Co0,08P0,16Ti0,008O2 byly p ipravovány klasickým keramickým způsobem a mechanickou aktivací za sucha i za mokra. Navážky výchozích surovin - SnO2, Co(OH)2, NH4H2PO4 a TiO2 byly vypočteny ze stechiometrie vzorců. P ipravené reakční směsi byly kalcinovány p i teplotách 1350, 1400, 1450 a 1500 °C po dobu 3 hodin. U syntetizovaných pigmentů byly hodnoceny základní pigmentově-aplikační vlastnosti v závislosti na teplotě kalcinace a na metodě p ípravy. Pro hodnocení barevnosti (ColorQuest XE, HunterLab, USA) byly pigmenty aplikovány do organického pojivového systému v plném tónu a do keramické glazury P 074 91. U pigmentů byla rovněž hodnocena distribuce velikosti částic (Mastersizer 2000/MU,

52



Malvern Instruments Ltd., VB). Fázové složení vybraných pigmentů bylo studováno pomocí rentgenové difrakční analýzy s využitím vertikálního difraktometru (D8 Advance, Bruker, VB). Výzkum anorganických pigmentů je na pracovišti autorů podporován IGA Univerzity Pardubice. [1]

G. Buxbaum, G. Pfaff, Industrial Inorganic Pigments. 3rd ed., Wiley-VCH, Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, 2005.

[2]

M. Batzill, U. Diebold, “The Surface and Material Science of Tin Oxide”, Prog. Surf. Sci., vol. 79, pp. 47-49, 2005.

53



Aspekty p ípravy BaTiO3 ve směsné tavenině hydroxidů DAVID RIEGER 1, 2 1)

2)

Nové technologie–výzkumné centrum, Západočeská univerzita v Plzni, Univerzitní 8, 30614 Plzeň

Ústav anorganické chemie,Vysoká škola chemicko-technologická v Praze, Technická 5, 166 28 Praha 6 - Dejvice [email protected]

I po více než sedmdesáti letech od svého objevu, je titaničitan barnatý jedním z nejvíce využívaných feroelektrických materiálů. Hlavním důvodem jsou p edevším jeho dobré mechanické vlastnosti, chemická odolnost, feroelektrické vlastnosti p i pokojové teplotě a snadná p íprava ve formě mikrokrystalických prášků. V této podobě nachází uplatnění ve vícevrstvých keramických kondenzátorech, v piezoelektrických měničích a v mnoha dalších aplikacích. Nejstarším a dnes stále využívaným způsobem p ípravy titaničitanu barnatého je reakce v pevné fázi mezi uhličitanem barnatým a oxidem titaničitým, za teplot p esahujících 1100 °C. Pro snížení teploty, nutné pro p ípravu titaničitanu barnatého, bylo v minulosti vyvinuto mnoho metod, jakými jsou metoda sol-gel a polymerních prekurzorů, koprecipitace, hydrotermální a solvotermální metody a mnoho dalších. Tento p íspěvek popisuje využití eutektické taveniny hydroxidu sodného a draselného, pro p ípravu titaničitanu barnatého za teploty 200 °C. Tato metoda nevyžaduje povrchově aktivní, ani jiné organických látek a vlivem velmi nízké tenze par může být provozována za atmosférického tlaku v otev eném reaktoru. Toto reakční prost edí umožňuje použití rozmanitých zdrojů barnatých iontů, včetně tak stabilní sloučeniny, jakou je síran barnatý. Tento p íspěvek se zabývá některými aspekty této metodiky a prozatím dosaženými výsledky.

54



Obrázek 1 – Snímek znázorňující habitus částic BaTiO3 vzniklých reakcí v tavenině, po ízený ádkovací elektronovou mikroskopií

55

ANORGANICKÉ NEKOVOVÉ MATERIÁLY

Recommend Documents