XVIII. ročník odborného semináře doktorandů

ANORGANICKÉ NEKOVOVÉ MATERIÁLY

ODBORNÝ SEMINÁŘ DOKTORANDŮ

PROCESY – TECHNOLOGIE – VLASTNOSTI

5. ÚNORA 2013, VŠCHT, PRAHA

XVIII. ročník odborného semináře doktorandů

ANORGANICKÉ NEKOVOVÉ MATERIÁLY procesy • technologie • vlastnosti

Úterý 5. února 2013 Ústav skla a keramiky Metro A - Dejvická, Technická 5, VŠCHT budova A, místnost A02, A01

ANORGANICKÉ NEKOVOVÉ MATERIÁLY PROCESY – TECHNOLOGIE – VLASTNOSTI

ODBORNÝ SEMINÁŘ DOKTORANDŮ 5. ÚNORA 2013, VŠCHT, PRAHA

New Impedance Spectroscopy Model for the Dynamic Study in Ionic Materials DEEPAK PATIL1,*, VITEZSLAV ZIMA2, KOICHI SHIMAKAWA1, TOMAS WAGNER1 1)

2)

Department of General and Inorganic Chemistry, Faculty of Chemical Technology, University of Pardubice, Studentská 95, 53210 Pardubice

Institute of Macromolecular Chemistry, Academy of Sciences of the Czech Republic, Heyrovsky Sq. 2, 162 06 Prague 6, Czech Republic * kontaktní email: [email protected]

Abstract Ionic conductors are key components for many electrochemical applications, mainly in energy conversion systems such as photo-electrochemical (PEC) solar cells and fuel cells, in energy storage devices like batteries and in other technological applications like electrochromic devices, super-capacitors, electrochemical sensors, new types of memories and computer architecture as well as in biomedical applications [1]. Dynamics of ionic transport is usually studied by conventional impedance spectroscopy (IS), in which the impedance data are used for determination of parameters of an equivalent electric circuit (EEC). The main drawback of this conventional EEC model is that it does not provide detailed information about the dynamics of electronic properties. In addition, there can be ambiguity in the selection of the correct EEC in many cases, when several EECs with different arrangement of circuit elements fit the IS data in the same way [2]. In IS of typical ionic conductors, the shape of real vs. imaginary part of the impedance plot with respect to applied frequency consists of a high-frequency semicircle, or its part, and a low-frequency tail. The high-frequency semicircle represents properties of the bulk material and the low-frequency tail arises due to the electrode polarization [3,4]. The exact mechanism of the electrode polarization and dynamics of the ions often cannot be explained by the conventional approach. We tried to overcome the drawback of conventional IS using an advanced concept of IS data evaluation. In this concept, the use of an equivalent circuit is not needed; the important parameters, such as number of freely moving ions, jumping time, diffusion coefficient etc., can be obtained directly from our new approach (the random-walk of carriers). Here we also present the electrode polarization behavior with respect to the applied voltage. References [1] Ionic liquids: Theory, properties and new approaches, T.M.W.J. Bandara and B.-E. Mellander, A. Kokorin (Ed.) InTech press (Croatia) 2012. [2] Some new directions in impedance spectroscopy data analysis, J. R. Macdonald, Electrochimica Acta, 38(14) (1993) 1883-1890. [3] Carbon nanotube—chalcogenide glass composite, S. Stehlik, J. Orava, T. Kohoutek, T. Wagner, M. Frumar, V. Zima, T. Hara, Y. Matsui, K. Ueda, M. Pumera. J. of Solid State Chem. 183 (2010) 144– 149. [4] Diffusion of Ag ions under random potential barriers in silver-containing chalcogenide glasses,S. Stehlik, K Shimakawa, T Wagner and M Frumar. J. Phys. D: Appl. Phys. 45 (2012) 205304.



Skúmanie elektrických vlastností kremičitých skiel metódou impedančnej spektroskopie VLADIMIRA ZEMANOVÁ, ALFONZ PLŠKO, ELEONÓRA GAŠPAREKOVÁ Trenčianska univerzita A. Dubčeka v Trenčíne, Študentská 2, 91150 Trenčín Slovenská republika Abstrakt Elektrické vlastnosti skiel poskytujú okrem základných elektrických charakteristík, aj informácie o štruktúre skúmaných skiel. Skúmali sme elektrické vlastnosti kremičitých skiel so zložením Na2O-CaO-ZrO2-SiO2 (ZrO2 0, 1, 3, 5, 7 mol%). Impedančné spektrá sa merali vo frekvenčnom rozsahu od 100kHz do 1MHz. Merania boli vykonané v teplotnom rozmedzí z 30°C do 450°C s krokom 50°C. Z nameraných závislosti boli získané dc- vodivosti a z nich závislosti na teplote boli získané hodnoty aktivačných energií pohybu Na+ iónov. Získané výsledky sú diskutované z pohľadu zloženia jednotlivých skiel. Kľúčové slová: impedančná spektroskopia, frekvencia, elektrické vlastnosti



Štruktúra a vlastnosti oxidových skiel s obsahom oxidov chrómu MAGDALÉNA TEPLANOVÁ* Vitrum Laugaricio – Centrum kompetencie skla Spoločné pracovisko ÚACh SAV, TnU AD, FChPT STU a RONA, a.s. * kontaktní email: magdalena.teplanova @tnuni.sk

Abstrakt Práca je venovaná skúmaniu štruktúry a vlastností oxidových (boritokremičitých) skiel. Chemické zloženie skla, ktoré je uvedené (v hmotnostných %) je nasledovné: (3.5 ± 3.5) % Li2O∙(9.0 ± 5.0) % Na2O∙(14.5 ± 3.5) % B2O3∙(5.5 ± 5.5) % Al2O3∙(5.5 ± 5.5) % TiO2∙(4.5 ± 4.5) % Fe2O3∙(57.5 ± 5.5) % SiO2. Pre štúdium redox rovnováh sa uvedené sklo pripraví tavením zo sklárskeho kmeňa obsahujúceho rôzne pomery oxidov chrómu v oxidačnom stupni III a VI (CrO3 a Cr2O3). Predmetom skúmania sú fyzikálne a spektrálne vlastnosti skiel a sklotvorných tavenín, kryštalizácia skiel, oxidačno - redukčné rovnováhy zlúčenín chrómu a chemická odolnosť skiel. Téma práce súvisí s problematikou vitrifikácie kvapalného rádioaktívneho odpadu v slovenských jadrových elektrárňach, konkrétne v Jaslovských Bohuniciach.



Izotermická a neizotermická relaxácia napätia v komerčne vyrábaných sklách JÚLIUS HODOŇ*, JOZEF CHOCHOLOUŠEK, MAREK LIŠKA Vitrum Laugaricio Centrum kompetencie skla, Spoločné pracovisko ÚACh SAV, TnU AD, FChPT STU a RONA, a.s., Študentská 2, Trenčín, SK-91150 * kontaktní email: [email protected]

Abstrakt Táto práca podrobne opisuje kvantitatívnu metódu merania relaxácie mechanického napätia v sklenených vzorkách tvaru kvádra počas dvoch časovo-teplotných režimoch použitím Sénarmontovho kompenzátora. Štyri typy skiel (bárnaty kryštál, Eutal, Simax a obalové sklo) boli podrobené meraniu na zostavenom meracom zariadení. Výsledky budú použité na parametrizáciu Toolovho-Narayanaswamyho-Mazurinovho modelu štruktúrnej relaxácie a následne budú implementované do softvéru vykonávajúceho výpočty metódou konečných prvkov.





Technologicky významné interakce plynů s taveninami skel PETRA DYRČÍKOVÁ* Laboratoř anorganických materiálů, společné pracoviště ÚACH AV ČR a VŠCHT Praha * kontaktní email: [email protected]

Abstrakt Předložená práce shrnuje poznatky o interakcích plynů s taveninami skel a jejich roli v procesu tavení skel. Zabývá se významnými aspekty procesu přípravy skel, jako jsou kinetika dílčích dějů, využití kontinuálního prostoru, řazení dílčích dějů a jejich vyjádřením v technologických veličinách. Podává také informace o budoucí práci, která se soustředí na chemický účinek sloučenin uvolňujících plyny vzhledem k jejich velkému významu na chemické odstraňování bublin a na kvalitativní i kvantitativní sledování interakcí typu nukleace bublin, růst bublin a stabilita pěny.



Povrchové napätie fosforečnanových sklotvorných tavenín MAGDALÉNA LISSOVÁ1,*, LADISLAV KOUDELKA2, PETR MOŠNER2, MAREK LIŠKA1, MÁRIA CHROMČÍKOVÁ1, ALFONZ PLŠKO1 1)

Vitrum Laugaricio Centrum kompetencie skla, Spoločné pracovisko ÚACh SAV, TnU AD, FChPT STU a RONA, a.s., Študentská 2, Trenčín, SK-91150

2)

Katedra obecné a anorganické chemie, Fakulta chemicko-technologická, Univerzita Pardubice, Studentská 573, 5320 10, Pardubice * kontaktní email: magdalena.lissova @tnuni.sk

Abstrakt Povrchové napätie sklotvorných tavenín bolo študované na fosforečnanových sklách ternárneho systému PbO - WO3 - P2O5. Vzorky sa skúmali v troch kompozičných sériách: Séria A - (100-x)[(0.5PbO·0.5P2O5)]·xWO3 (x = 0, 10, 20, 30, 40, 50, 60); séria B 50PbO·(50-x)P2O5·xWO3 (x = 0, 10, 20, 30); séria C - (100-x) PbO·50P2O5·xWO3 (x = 0, 10, 20, 30, 40). Pri známej hodnote hustoty sa povrchové napätie určilo nelineárnou regresnou analýzou, minimalizáciou sumy štvorcov odchýlok medzi experimentálne stanoveným a teoretickým profilom kvapky. Povrchové napätie sa zisťovalo na základe nameraných profilov sediacej a visiacej kvapky s použitím numerickej integrácie Laplaceovej rovnice. Podrobné štatistické analýzy získaných výsledkov preukázali vyššiu spoľahlivosť a presnosť hodnôt povrchového napätia odhadovaných z profilov visiacich kvapiek. Kompozičná závislosť získaných hodnôt povrchového napätia je diskutovaná v súvislosti so štruktúrou študovaných sklotvorných tavenín.



The influence of electron irradiation on silicate glass TADEÁŠ GAVENDA1,*, ONDREJ GEDEON1, KAREL JUREK2 1)

Faculty of Chemical Technology, Institute of Chemical Technology, Prague, Czech Republic; 2) Institute of Physics, Academy of Sciences of the Czech Republic, Prague, Czech Republic * kontaktní email: [email protected]

Abstract Three glasses (float, borosilicate glass and optical glass Schott D263) were irradiated by an electron beam. Irradiated glasses undergo changes in the structure, that result in volume changes and changes in surface roughness. These changes were described using AFM method. The incubation period was measured for particular types of glasses. Glasses were consecutively irradiated by the series of electron doses within the range 0,21 – 318,5 kC/m2. Energy of electrons was 50 keV. Lower doses created depressed areas indicating some structural changes leading to the volume compaction. For higher doses, a creation of a little bump in the middle of the exposed area was identified. The bump was rising continuously with dose and at last exceeded the line of the former surface. It is suggested expansion can be contributed by the creation of new oxygen rings with larger space requirements. In borosilicate glass the expansion was not observed. The rise of the surface roughness with increasing dose was documented in all three glasses. This can be attributed to the surface structural relaxation. „Finacial support from specific university research (MSMT No 21/2013)“



Metody studia povrchu tabulového skla M. NETUŠILOVÁ1,*, A. HELEBRANT1, D. ROHANOVÁ 1, P. NOVAK2, M. KLIMOV3 1) 2)

3)

Ústav skla a keramiky, VŠChT Praha; Technická 5, 166 28 Praha, Česká republika

Ústav kovových materiálů a korozního inženýrství, VŠChT Praha; Technická 5, 166 28 Praha, Česká republika

Materials Characterization Facilty, University of Central Florida; Research Parkway 12443, Orlando, FL 32826 *kontaktní email: [email protected]

Abstrakt Práce posuzuje dostupné analytické metody sloužící k hodnocení degradačních procesů povrchů skla. Pozornost je věnována jak metodám užívaným nejčastěji, tak zejména metodě RF-GD-OES, jejíž aplikaci na křemičitá skla doposud vědecké články takřka nezmiňují. Současně byla vyhodnocena interakce tabulového skla s demineralizovanou vodou. Pro posouzení jednotlivých metod proběhla nejprve expozice vzorků sodnovápenatého skla „Planibel Float“ do demineralizované vody a to jak v jejím kapalném (třepačka, 150 otáček.min-1), tak také v plynném skupenství (RH = 100 %, sušárna). Korozní proces trval po dobu 1-8 týdnů, při t = 40 °C. Nejprve byly zjištěny změny pH výluhů a následně byly analyzovány metodou AAS (Na, Ca, Si). Povrchy vzorků skla byly pozorovány optickým mikroskopem, morfologie povrchu a jeho chemické složení bylo zjištěno pomocí SEM-EDS. Chemické složení povrchů i hmoty skel bylo stanoveno metodou XRF. Dále byly měřeny hloubkové profily prvků metodou RF-GD-OES a SIMS (Na, Ca, Si). Polymerační indexy a zastoupení jednotlivých Q-motivů byly zjištěny Ramanovou spektroskopií. Experimentem bylo odhaleno, že v případě mírné koroze skla je GD-OES jedinou metodou z výše uvedených, která je schopna na samotném povrchu skla detekovat změny. Hloubkové profily sodíku se s délkou působení vody a vlhkosti měnily výrazně, u vápníku a křemíku byla změna pouze mírná. Oproti obdobné metodě SIMS je hloubkový profil pomocí GD-OES měřen výrazně vyšší rychlostí a do větších hloubek. Nevýhodou GD-OES je destrukce vzorku (zejm. pro skleněné vzorky) a specifické požadavky na vzorky (dokonalá plochost, minimum vnitřních defektů, dostatečná velikost a zároveň vhodná tloušťka). GDOES s analýzou výluhů (AAS) se projevila jako vhodná kombinace napomáhající pochopení změny v povrchové struktuře skla během koroze. Z analýz AAS bylo zjištěno, že Na difundoval do korozního prostředí během prvního týdne rychleji než Ca, a to jak ze skla exponovaného v kapalině, tak zvláště ve vlhkosti. Při korozi ve vodě se však po dvou týdnech normalizované rychlosti Na i Ca vyrovnávají a po čtyřech týdnech koncentrace Ca ve výluhu klesá (precipitace). Rozpouštění křemičité sítě nebylo pomocí AAS detekováno. XRF ani SEM-EDS nezaznamenaly významnější změny chemického složení povrchu vzorku, hloubkové profily ze SIMS také nejeví u korodovaných vzorků ve vodě výrazné změny, malé změny se projevují na površích vzorků exponovaných 8 týdnů ve vlhkosti.

„Financováno z účelové podpory na specifický vysokoškolský výzkum (MŠMT č.21/2013)“



Korózia sklených vlákien 725 QN v destilovanej vode a v koróznom roztoku H3BO3/NaOH PATRÍCIA VLČKOVÁ, KATARÍNA FATURÍKOVÁ, HANA KAŇKOVÁ, MÁRIA CHROMČÍKOVÁ, MAREK LIŠKA Vitrum Laugaricio Centrum kompetencie skla, Spoločné pracovisko ÚACh SAV, TnU AD, FChPT STU a RONA, a.s., Študentská 2, Trenčín, SK-91150 *kontaktní email: patricia.vlckova @tnuni.sk

Abstrakt Práca skúma koróznu odolnosť sklených vlákien 725 QN, ktoré sa bežne používajú ako tepelná izolácia v jadrových elektrárňach. Experimenty prebiehali za statických podmienok počas 720 hodín v destilovanej vode a v koróznom roztoku (H3BO3/NaOH) pri teplotách 55 °C, 70 °C, 80 °C a 90 °C. Obsah jednotlivých prvkov v lúhovanom roztoku sa analyzoval metódou atómovej emisnej spektrometrie s indukčne viazanou plazmou (VARIAN – Vista MPX). Stanovili sa časové závislosti normalizovaného množstva vylúhovaných prvkov Al, Ca, Fe, K, Mg, Mn, Na a Si. Výsledky statických experimentov boli opísané regresnou funkciou navrhnutou Helebrantom.



Sledovanie vplyvu malých molekúl na vlastnosti TiO2 vrstiev pripravených sól-gél metódou KATARÍNA MICHALKOVÁ, ALFONZ PLŠKO, JANA PAGÁČOVÁ Trenčianska Univerzita Alexandra Dubčeka v Trenčíne, Študentská 2, 911 50 Trenčín, Slovenská Republika Abstrakt Metóda sól-gél poskytuje široké možnosti prípravy vrstiev na povrchu skiel. Medzi najviac zaujímavé povlaky patria TiO2 povlaky. Pre vlastnosti povlakov sú rozhodujúce vlastnosti sólov, z ktorých boli pripravené. Zaoberali sme sa sledovaním vplyvu malých molekúl (kyseliny octovej) a vplyvu času, ktorý uplynul od prípravy TiO2 sólu na optické vlastnosti vrstiev. Sklenené substráty boli povliekané metódou sól-gél, dip-coating technikou v rôznych časových intervaloch od prípravy sólu. Pre pripravené TiO2 tenké vrstvy sa vypočítal index lomu a hrúbka vrstiev. Povrch TiO2 vrstiev sa sledoval pomocou atómovej silovej mikroskopie (AFM). Morfológia pripravených vrstiev sa hodnotila vizuálne. Topografia vrstiev sa hodnotila na základe štatistických charakteristík (Rq a Zmean). Na základe nameraných závislostí sa vyhodnotil vplyv drsnosti na zistené optické parametre skúmaných vrstiev. Kľúčové slová: metóda sól-gél, vrstva, dip-coating, atómová silová mikroskopia, optické vlastnosti



AFM nanokompozitných vrstiev MIRIAMA TOMAGOVÁ1,*, BARBORA BIELIKOVÁ2, ALFONZ PLŠKO1, JANA PAGÁČOVÁ2 1)

TnUAD, Študentská 2, 911 50 Trenčín

*kontaktní email: [email protected]

Abstrakt Jednou z najpoužívanejších metód slúžiacich na prípravu nových anorganických, anorganicko-organických a nanokompozitných materiálov je metóda sól-gél. Nanokompozitné tenké vrstvy pripravené sól-gél metódou je možné použiť na modifikovanie fyzikálnych a chemických vlastností substrátov. Nanesením nanokompozitnej vrstvy na substrát dochádza k zmene vlastností substrátu ako napr. zvýšeniu chemickej odolnosti, odolnosti voči vonkajším vplyvom, pričom vieme dosiahnuť aby nanesené filmy boli hydrofóbne resp. hydrofilné. Pre posúdenie vlastností povrchov, je potrebné poznať ich morfológiu a topografiu. Morfológia a topografia SiO2 nanokompozitných vrstiev sa hodnotila pomocou AFM (Atómová silová mikroskopia). Morfológia sa hodnotila vizuálne na základe dvojrozmerných a trojrozmerných snímok. Topografia sa hodnotila na základe štatistických charakteristík získaných snímok. Získali sme hodnoty priemernej výšky a drsnosti. Za použitia profilov bola zmeraná veľkosť častíc na povrchu. Získané výsledky sa dávajú do súvisu z postupom prípravy nanokompozitných vrstiev.



Štúdium vplyvu starnutia TiO2 sólu na hodnotu uhla zmáčania BARBORA BIELIKOVÁ1,*, MIRIAMA TOMAGOVÁ2, KATARÍNA MICHALKOVÁ2, ALFONZ PLŠKO1, JANA ŠULCOVÁ2 1)

TnUAD, Študentská 2, 911 50 Trenčín

*kontaktní email: [email protected]

Abstrakt Metóda sól-gél patrí medzi popredné metódy, ktorá nám dovoľuje pripraviť anorganické a anorganicko-organické materiály pomocou postupov vychádzajúcich z alkoxidov kovov, alebo zo stabilizovaných sólov oxidov. Pre mnohé aplikácie vrstiev pripravených metódou sól-gél je dôležité vedieť ako interagujú s okolím, čiže poznať vlastnosti ich povrchov. Povrchové napätie patrí k rozhodujúcim vlastnostiam vrstiev, pri ich aplikácii za účelom hydrofobizácie resp. hydrofilizácie povrchov materiálov. Zamerali sme sa na štúdium zmáčania vybraných typov povrchov. Vrstvy TiO2 boli pripravené zo sólu po 1, 2, 3, 4, 6, 10 a 13 dňoch po jeho príprave. Na vrstvách TiO2 sme sledovali, ako sa mení uhol zmáčania pomocou metódy sediacej kvapky. Ako testovaciu kvapalinu sme použili destilovanú vodu a dijódmetán. Povrch vrstvy TiO2 bol opláchnutý izopropylalkoholom. Z časových závislostí sme zistili, že uhol zmáčania meraný dijódmetánom je menší ako uhol zmáčania vody. Objavil sa trend zvyšovania uhla zmáčania so stúpajúcim časom od prípravy sólu. Na základe rozdielov uhla zmáčania dijódmetánu a vody sa diskutujú vlastnosti povrchov z pohľadu disperzných a polárnych síl.





Fotokatalytická degradace toluenu s využitím optických vláken pokrytých nanočásticemi TiO2 IVO BARTOŇ1,2,*, VLASTIMIL MATEJEC2 , JOSEF MATOUŠEK1 1) 2)

Ústav skla a keramiky VŠCHT Praha ČR

Ústav fotoniky a elektroniky AV ČR v.v.i. Chaberská 57, Praha8 ČR *kontaktní email: [email protected]

Abstrakt Aromatické uhlovodíky lze nalézt v mnoha druzích rozpouštědel, či jako výchozí nebo odpadní látky v chemickém průmyslu. Jsou rovněž obsaženy v automobilovém benzínu, kde zvyšují oktanové číslo. Proto mohou vážně ohrozit životní prostředí, pokud dojde ke jejich úniku do vzduchu nebo do vody. Je známo, že například toluen se při 20°C rozpouští ve vodě v maximální koncentraci 5,6mmol/l, avšak dovolená hranice v pitné vodě je asi 0,003mmol/l [1]. Aromatické uhlovodíky rozpuštěné ve vodě mohou vážně ohrozit zdraví lidského organismu, především nervový systém, ledviny a játra. Toluen rozpuštěný ve vodě se vypařuje rychlostí závislou na teplotě, způsobu míchání, lze ho odstranit i mikrobiologicky. Jednou z metod používaných pro rozklad toluenu ve vodě může být fotokatalýza [2], kdy na povrchu fotokatalyzátoru dochází fotoreakci a vzniku radikálů rozkládajících organické látky [3]. Při použití fotokatalýzy pro rozklad toluenu se dosud fotokatalyzátor dispergoval ve vodě [2]. Tato práce se zabývá výzkumem využití optických vláken pokrytých TiO 2 nanočásticemi pro rozklad vodného roztoku toluenu. Pro přípravu pokryvu vláken byla použita sol-gel metoda, kde sol byl vytvořen rozdispergováním komerčně dostupných nanočástic anatasu ve vodě. Sol byl nanesen pomocí techniky dip-coating na svazek křemenných vláken připravených v Ústavu fotoniky a elektroniky. Vzniklé vrstvy byly tepelně zpracovány při 420° a charakterizovány pomocí optické a elekronové mikroskopie a RTG difrakce. Fotokatalytická aktivita vrstev pro rozklad rozpuštěného toluenu byla testována v experimentu, při němž bylo záření z UV výbojky fokusováno na čelo svazku pokrytých optických vláken umístěných v křemenné baňce obsahující vodný roztok toluenu o koncentraci c=2mmol/l. V určitých časech byly odebírány z reaktoru vzorky a v nich určena koncentrace toluenu. Pro měření byla použita spektrofotometrická metoda a pás toluenu při vlnové délce 262nm. Pro stejný účel byl rovněž vyvinut detekční prvek, připravený z křemenného optického vlákna, tepelně vytvarovaného do U tvaru pokrytého membránou citlivou k toluenu. Prvek využíval změny indexu lomu menbrány způsobené toluenem při vlnové délce 670 nm. Získaná experimentální data byla proložena kinetickým modelem reakce 1. řádu a Langmuir Hinshelwoodovým modelem. Reference [1] Vyhláška č. 409/2005 Sb. o hygienických požadavcích na výrobky přicházející do přímého styku s vodou a na úpravu vody Sbírka zákonů 141/2005 str.7438. [2] G. Marci, M. Addamo, V. Augugliaro, S. Coluccia, E. Garcıa-López, V. Loddo,G. Martra, L. Palmisano, M. Schiavello, Photocatalytic oxidation of toluene on irradiated TiO2: comparison of degradation performance in humidified air, in water and in water containing a zwitterionic surfactant, J. Photochem. Photobiol. A: Chemistry, Volume 160, 2003, pp. 105–114. [3] J.-M. Herrmann, C. Duchamp, M. Karkmaz, Bui Thu Hoai, H. Lachheb, E. Puzenat, C. Guillard, Environmental green chemistry as defined by photocatalysis, Journal of Hazardous Materials, Volume 146, Issue 3, 31 July 2007, pp. 624-629.



Hodnocení historických glazur archeologických keramických nálezů ŠÁRKA JONÁŠOVÁ1,*, ALEXANDRA KLOUŽKOVÁ2, JAROSLAV KLOUŽEK1 1)

Laboratoř anorganických materiálů, společné pracoviště ÚACH AV ČR a VŠCHT Praha 2)

Ústav skla a keramiky, Vysoká škola chemicko-technologická v Praze, Technická 5, Praha 6 – Dejvice, 166 *kontaktní email: [email protected]

Abstrakt Předmětem předloženého příspěvku je studium degradace glazur užitné keramiky z archelogických nálezů ze Salmova paláce z 16. - 17. století. K hodnocení stavu povrchových vrstev (znečištění, trhlinky, odlupování, bublinky apod.) byla použita optická mikroskopie (mikroskop Olympus BX 60, stereomikroskop SZX 9). Pozorováním výbrusů historických střepů byla hodnocena jejich mikrostruktura, existence mezivrstvy mezi glazurou a střepem. Dále bylo stanoveno jak chemické složení střepových hmot (XRF) a glazur (XRF i SEM/EDS), tak jejich mineralogické složení (XRD). Chemické složení všech doposud analyzovaných glazur lze zařadit do skupiny binárního systému PbO – SiO2. U skleněných archeologických nálezů je používání skel této skupiny datováno do raného středověku, pro glazury je toto složení typické pro pozdější období. Vzhledem k tomu, že nejčastější příčinou poškození glazur bývá nesoulad koeficientů teplotní roztažnosti (α) glazury a střepu bylo prvním krokem při jejich hodnocení stanovení těchto hodnot. Obecně dochází k popraskání povrchové vrstvy pokud α střepu < α glazury a naopak k jejímu odlupování při α střepu >> α glazury. Hodnoty koeficientů teplotní roztažnosti studovaného archeologického střepového materiálu byly stanoveny dilatometricky v rozmezí 5,8.10-6 - 8,6.10-6 K-1. Určení koeficientů teplotní roztažnosti historických glazur je obtížné, proto byly jejich hodnoty vypočítány z chemického složení pomocí programu SciGlass Professional 7. 5. (rovněž pro střepovou hmotu). Z vypočtených výsledků vyplývá, že primárním zdrojem poškození glazovaného historického materiálu ve formě trhlinek a odlupování povrchové vrstvy byl nesoulad koeficientů teplotní roztažnosti už při výrobě, který byl ve většině případů ještě prohlouben působením nevratné vlhkostní roztažnosti střepových hmot. Další příčinou degradace olovnatých glazur může být přítomnost těkavých organických látek v ovzduší. Na modelových glazurách byl sledován vliv par kyseliny mravenčí, octové a formaldehydu. Z dosavadních výsledků práce vyplývá, že ke změně optických vlastností povrchu olovnaté glazury dochází především v prostředí par kyseliny mravenčí, kdy byly identifikovány (XRD, IČ) příslušné reakční produkty – mravenčany. „Financováno z účelové podpory na specifický vysokoškolský výzkum (MŠMT č.21/2013)“



Kinetika dehydroxylace kaolinitu PETRA ZEMENOVÁ*, ALEXANDRA KLOUŽKOVÁ Ústav skla a keramiky, Vysoká škola chemicko-technologická v Praze, Technická 5, Praha 6 – Dejvice, 166 *kontaktní email: [email protected]

Abstrakt Tématem dizertační práce je hodnocení archeologické keramiky z různých historických období, především z hlediska procesu stárnutí nízkopáleného pórovitého střepu vyrobeného z přírodních surovin. Jílové minerály obsažené v plastických surovinách pochází při tepelném zatížení dehydroxylací a produkty tohoto procesu jsou zdrojem následné rehydroxylace, která je projevem stárnutí keramického materiálu. Dehydroxylace kaolinitu probíhá v intervalu teplot cca 400-600 °C: Al2O3.2SiO2.2H2O → Al2O3.2SiO2 + 2H2O (g) Pokud je vypálený materiál (obsahující nestabilní nekrystalickou fázi – metakaolinit) hned po výpalu vystaven vzdušné vlhkosti, dochází ke zpětnému navázání hydroxylových skupin uvolněných během výpalu, k rehydroxylaci. Při opětovném tepelném zatížení materiálu a následném vystavení vlhkosti (např. vzdušné nebo půdní) nastává druhá dehydroxylace a rehydroxylace. Cílem hodnocení těchto procesů je hledat možnosti datace archeologického střepového materiálu. Předložená práce je zaměřena na studium procesů první a druhé dehydroxylace. Proces přírodní rehydroxylace byl urychlen v laboratorních podmínkách použitím autoklávů. Vzorky kaolinu byly v práškové formě vypáleny na teplotu 600 °C s výdrží 2 hodiny nebo na teplotu 450 °C s výdrží 96 hodin s rychlostí ohřevu 10 °C/min (tyto podmínky byly zvoleny na základě charakterizace archeologického materiálu obsahujícího kaolinit). Následně byly vystaveny hydrotermálnímu zatížení po různou dobu při teplotách 180 °C nebo 230 °C. Vzorky byly hodnoceny především pomocí simultánní termické analýzy (DSC-TG) a infračervenou spektrometrií. Na základě naměřených dat byly studovány procesy 1 a 2. dehydroxylace se zaměřením na stanovení hodnot aktivační energie a dalších kinetických parametrů, které byly vypočítány pomocí několika metod používaných v oboru silikátů. Tato práce byla financována z účelové podpory na specifický vysokoškolský výzkum MŠMT (Rozhodnutí č. 21/2013).



Transparent Yb-doped YAG ceramics for laser applications JAN HOSTAŠA1,*, WILLI PABST1, LAURA ESPOSITO2 1)

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

2)

Institute of Science and Technology for Ceramics (ISTEC-CNR), Via Granarolo 64, Faenza, Italy *kontaktní email: [email protected]

Abstract Yttrium aluminium garnet (Y3Al5O12, YAG) doped with rare earth ions is one of the most widely used transparent solid state laser materials. Due to significant advantages regarding materials preparation or economic and production aspects, transparent ceramics have recently drawn a lot of attention as a substitute for YAG single crystals. Yb:YAG ceramics are interesting IR laser materials, which allow significantly higher doping (one order of magnitude) compared to the generally more used Nd:YAG. That is particularly useful for high-power lasers. This work presents the preparation of transparent polycrystalline Yb:YAG ceramics for laser applications via vacuum sintering. Samples with Yb doping from 0 up to 20 at. % have been prepared by solid state sintering of cold isostatically pressed mixture of pure oxide powders with tetraethyl orthosilicate as a sintering aid. Various sintering conditions were tested and related to the microstructure and optical quality of sintered materials. The effect of Yb on the microstructure and material properties was studied: the microstructure was characterised by optical and electron microscopy (both SEM and TEM), optical transmittance was measured on finely polished samples by an UV/VIS spectrophotometer and thermal and mechanical properties were measured at room ad elevated temperatures. Samples with optical transmittance higher than 80 % were prepared and their laser performance was examined. Slope efficiency more than 70 % was obtained in the case of 10 at. % Yb doped ceramics. The advantages of ceramic processing were used for the preparation of layered composite materials, which allow better thermal management and are promising for example for the production of thin disk lasers.

Financial support from specific university research (MSMT No 21/2013) is gratefully acknowledged.





Keramické skafoldy DANIELA HORÁKOVÁ*, ONDREJ GEDEON, JANA ANDERTOVÁ Vysoká škola chemicko-technologická v Praze, Technická 5, Praha - Dejvice *kontaktní email: [email protected]

Abstrakt Práce se zabývá z přípravou biokeramických materiálů – keramických skafoldů na bázi hydroxyapatitu (HA). HA je minerál, jeden z nejvýznamnějších biokeramických materiálů, v přirozené formě obsahující vápník a fosfor, se vzorcem Ca10(PO4)6(OH)2. Vzhledem k bioaktivním, biokompatibilním a nebiodegradabilním vlastnostem ho lze používat jako materiál pro náhradu kostních tkání. V současné době se HA používá v ústní chirurgii, na povrchovou úpravu implantátů z jiných materiálů a jako náhražka kostního štěpu ve formě granulovaného prášku. Další výzkum směřuje k výrobě HA materiálu, který obsahuje další složky (např.: poly(L-laktid)/ želatinu, uhlíková nanovlákna, chitosan, kolagen), s cílem širokého využití v kostním tkáňovém inženýrství. V předkládaném příspěvku byly keramické skafoldy připraveny dvoustupňovou syntézou. Prvním krokem byla příprava čistého hydroxyapatitu pomocí acidobazické titrace hydroxidu sodného kyselinou fosforečnou. Ve druhém kroku byly připraveny vzorky s různými pórotvornými činidly (voskové kuličky - 1obj.%, psylium – 1obj.%, hydrogenuhličitan sodný - s různými obj.%) a následně byly vypáleny na různé teploty (400°C – 1100°C). Byly stanoveny závislosti mezi fyzikálně-chemickými a mechanickými vlastnostmi připravených keramických skafoldů pomocí měření pevnosti, kritérií hutnosti a termogravimetrie, výsledky byly doplněny studiem charakteru povrchů a pomocí skenovací elektronové mikroskopie. Změřené vlastnosti jsou závislé na použitém pórotvorném činidle a teplotě výpalu skafoldu. U všech vyrobených keramických skafoldů se s rostoucí teplotou výpalu pevnost materiálu zvyšuje a velikost mikropórů se zmenšuje vlivem slinování materiálu. Velikost makropórů je určena použitým pórotvorným činidlem. Optimální vlastnosti (pevnosti, hutnost, pórovitost) pro tento typ materiálu vykazují vzorky při použití voskových kuliček nebo psylia jako pórotvorného činidla s teplotou výpalu v rozsahu 600°C – 800°C. Při použití hydrogenuhličitanu sodného jako pórotvorného činidla jsou optimální vlastnosti u vzorků keramického materiálu s teplotou výpalu 500°C – 800°C.



Vliv prostředí na alumosilikátové polymerní malty na bázi alkalicky aktivovaného popílku NGUYEN ANH DUONG*, FRANTIŠEK ŠKVÁRA Ústav skla a keramiky, VŠCHT Praha, Technická 5, 166 28 Praha 6, Česká republika. *kontaktní email :nguyena @vscht.cz

Abstrakt Alumosilikátový polymerní produkt typu (-O-Si-O-Al-Si-O-)n vzniká anorganickou polykondenzací. V přírodě se podobné materiály vyskytují prakticky jen jako krystalické, např. zeolity, jílové minerály. Alumosilikátové polymery nevznikají geologickými procesy, ale jsou uměle připravené. Jsou to materiály na rozhraní mezi hydratovanými anorganickými pojivy, skelnými a keramickými materiály. Vlastnostem alumosilikátových polymerů je věnována značná pozornost. Převážná literárních údajů o vlivu prostředí na vlastnosti alumosilikátových polymerů je věnována působení roztoků agresivních látek (solí, kyselin). Z těchto informací vyplývá, že alumosilikátové polymery mají vysokou odolnost vůči agresivnímu prostředí, v některých případech výrazně vyšší než u materiálů z portlandského cementu. Je třeba zdůraznit, že prakticky neexistují údaje o vlivu různého typu uložení (vodní, vlhkostní, hydrotermální) na vlastnosti alumosilikátových polymerů. Tyto údaje o vlastnostech při různém typu uložení patří k základním materiálovým vlastnostem, podobně jako tomu je u portlandského cementu. V práci byl systematicky sledován dlouhodobý vliv vnějšího prostředí na mechanické vlastnosti malt s pojivem na bázi alumosilikátového polymeru. V práci byly taky sledovány vlivy vnějšího prostředí na mikrostrukturu kaši z alumosilikátového polymeru. Byl sledován vliv uložení v suchém prostředí při teplotě 20-25oC a R.H 40-50 %, ve vodě při teplotě 20-25oC, v prostředí 98% RH při teplotrě 20-25oC,,v suchém „horkém“ prostředí při teplotě 80oC, v „horkém“ vlhkém prostředí (autokláv) při teplotě 90oC a ve vodném prostředí s pH 12-14 při 20-25oC. V práci jsou uvedeny hodnoty získané v časovém horizontu 7 až 540 dnů. V práci bylo prokázáno, že alumosilikátový polymer je hydraulické pojivo. Z výsledků studia vyplývá, že alumosilikátový polymer je materiál s vysokou odolností vůči vnějšímu prostředí, kdy byla nalezena stabilita mechanických vlastností a prakticky neměnnost mikrostruktury v horizontu 7 až 540 dnů za zcela různorodých podmínek uložení. Při uložení alumosilikátových malt v prostředí vysokého pH dochází v důsledku destrukce materiálu (pravděpodobně rozpouštění) k poklesu pevností. V další části práce budou sledovány vlastnosti v horizontu až 720 dní.

Školitel: František Škvára, Doc. RNDr. DrSc. Ústav skla a keramiky, Fakulta chemické technologie, VŠCHT v Praze, 16628 Praha 6, Technická 5, [email protected].





Synthesis of ZIF-8 inorganic hybrid membranes J. COOKNEY*, V. FILA Institute of Chemical Technology Prague, 16628 Prague, Czech Republic * kontaktní email: [email protected]

Abstract This paper reports on simple and straightforward methods that enable fabrication of zeolitic imidazolate frameworks (ZIF-8) inorganic hybrid membranes. In the effort to produce membranes with desired properties, critical parameters influencing the crystal growth were identified. By employing an excess of the bidenate bridging 2-methylimidazole ligand (Hmim) and introducing monodenate modulating ligand (sodium formate) into the reaction mixture, rhombic dodecahedra microcrystals with narrow size distribution were obtained. The crystal size was reduced from 8 to 0.5 μm, when sodium formate was replaced with nbutylamine modulating ligand. Further modification of the synthesis solution, by changing Hmim:modulating ligand molar ratios, revealed that an excess of Hmim is the dominating factor in targeting small microcrystals. The developed method was then employed in the solvothermal-assisted synthesis of ZIF-8 layers on ceramic and stainless steel supports. Prior to the synthesis, supports were modified with methanol solutions saturated either with: (i) 2methylimidazole or (ii) zinc chloride. The modifying effect of the support was found to be crucial in the process of formation of the continuous membrane layers. Hmim modification clearly indicated that the strong covalent bonding between ZIF-8 and the support promotes the heterogeneous nucleation and growth of homogeneous crystal layers; whilst zinc modification resulted in fabrication of membranes with few gaps, however, the obtained crystals were significantly smaller (Figure 1a and 1b, respectively). The presence of ZIF-8 phase was confirmed by XRD tests (Figure 1c).

a)

b)

c)

Fig. 1. SEM images of ZIF-8 on a) stainless steel; b) ceramic support; and c) XRD diffractograms of ZIF-8 powders obtained during the synthesis of both membranes. Aiming towards controlled synthesis, the synthesis time was significantly prolonged and the process temperature was increased. This resulted in focusing of the crystal size distribution and the formation of well-developed ZIF-8 crystals. The optimal synthesis conditions were estimated at 120 ºC and 8 hours; further increase of these parameters were found to be insignificant in the process of obtaining good quality membranes.



Leptání porézního oxidu hliníku J. KOLÁŘ*, J. MACÁK , T. WÁGNER Katedra obecné a anorganické chemie, Fakulta Chemicko-technologická, nám. Čs. Legií 565, Pardubice 53002 *kontaktní email: kolarjb @gmail.com

Abstrakt Anodicky leptaný porézní oxid hliníku (zkratka AAO z anglického anodic aluminium oxide) je materiál s pravidelnou strukturou pórů, jejichž poloměr je v řádu desítek až stovek nanometrů. Jeho struktura vzniká samouspořádáním při anodické oxidaci a leptání hliníku. Unikátní vlastnosti AAO, jako jsou například uspořádanost, nanorozměry a snadná příprava, otvírají široké možnosti jeho uplatnění. AAO je využívan jako membrána pro filtraci, matrice pro přípravu nanodrátků, fotonických krystalů a dokonce pro přípravu solárních článků či pamětových buněk pro záznam informace. Pro plné využití potenciálu AAO je nezbytné AAO studovat a poznat důkladně jeho vlastnosti. V této práci byly studovány možnosti leptání AAO. Jelikož oxid hlinitý je povahou oxid amfoterní, bylo při studiu použito jak kyseliny (kyselina fosforečná) tak i zásady (hydroxid sodný). Leptání AAO pomocí kyseliny fosforečné bylo studováno jako jednoduchá metoda pro zvýšení průměru pórů. AAO o stejném počátečním průměru pórů byly leptána kyselinou fosforečnou po různé časy. Po leptání byly AAO studovány pomocí skenovacího elektronového mikroskopu, se zaměřením na zvýšení průměru pórů s rostoucím časem leptání. Byla získána lineární závislost průměru pórů na čase, jasně demonstrující možnost využití leptání AAO kyselinou fosforečnou, pro snadné řízení průměrů pórů. Leptání pomocí hydroxidu sodného posloužilo ke studiu stability AAO v zásaditém prostředí. AAO bylo leptáno v roztocích hydroxidu sodného o různém pH (11, 12, 13 a 14) a byl sledován úbytek hmotnosti AAO po leptání. Tento experiment ukázal závislost rychlosti leptání AAO na pH a získané závislosti pomohou s volbou roztoku pro práci s AAO. Získané závislosti ukazují některé vlastnosti AAO a napomáhají dále rozšířit škálu využití AAO ve vědě i praxi. Autoři děkují Evropskému sociálnímu fondu a Ministerstvu školství mládeže a tělovýchovy České Republiky za finanční podporu projektu CZ.1.07/2.3.00/20.0254 "ReAdMat Výzkumný tým pro pokročilé nekrystalické materiály“.



Molekulové modelování chalkogenidových skel (The chalcogenide glass molecular modeling) IVA VOLESKÁ1,*, JAAKKO AKOLA2, ROBERT O. JONES3, PÁL JÓVÁRI4, TOMÁŠ WÁGNER1 1)

2)

Katedra obecné a anorganické chemie, Fakulta chemicko-technologická, Univerzita Pardubice, Studentská 573, Pardubice 532 10, Česká republika

Department of Physics, Tampere University of Technology, Korkeakoulunkatu 10, Tampere 33101, Finland 3) Institut für Festkörperforschung, Forschungszentrum Jülich GmbH, D-52425 Jülich, Deutschland 4) Research Institute for Solid State, Physics and Optics, H-1525 Budapest, Hungary *kontaktní email: [email protected]

Abstrakt Chalkogenidová skla jsou amorfním materiálem obsahujícím některý z chalkogenů (síra, selen, telur). Často bývá doplněn dalším prvkem či prvky jako je arsen, antimon, germanium nebo obecně kovy. V některých případech lze malé množství (i méně než 1 at. %) považovat za užitečnou nečistotu, která vyvolá změnu vlastností materiálu a tím rozšíří aplikační možnosti. Chalkogenidová skla bývají nejvíce využívána pro své optické vlastnosti v infračervené oblasti elektromagnetického záření (např. astronomie nebo vojenství) a jako materiály pro PCM (Phase-change memory). Struktura těchto materiálů může být studována pouze experimentálními metodami, dnes se ovšem často využívá kombinace s počítačovými simulacemi (molekulovým modelováním). Toto propojení je založeno na výpočtu struktury materiálu, resp. její optimalizaci. Ze získané struktury s nejnižší možnou energií (ve skutečnosti jde o lokální minimum při zadané geometrii) za daných podmínek bývá dopočítána řada vlastností, které je možné využít pro interpretaci experimentálních dat. Dnes je často k teoretickému studiu u chalkogenidových používána ab-initio molekulová dynamika. Jde o metodu využívající periodické DFT (Density Functional Theory) a zahrnuje jako parametry čas a teplotu, což jsou významné parametry nejen pro strukturu skla, ale i její změny a vlastnosti. Ab-initio molekulová dynamika je obsažena v řadě výpočetních kódů pro simulace větších systémů jako jsou pevné látky a některé biomolekuly, resp. biosystémy. Jako příklad je možné uvést CPMD nebo VASP.

Autoři děkují grantovému projektu CZ.1.07/2.3.00/20/0254 “ReAdMat – Research Team for Advanced Non-Crystalline Materials” podpořenému Evropskými sociálními fondy a Ministerstvem školství, mládeže a tělovýchovy České republiky s finanční podporou ECOP.



Fotoluminiscence a fotonová up-konverze v Ga-Ge-Sb-S amorfních chalkogenidech LUKÁŠ STŘIŽÍK1,*, JIHONG ZHANG2, JONG HEO2, JAN PŘIKRYL1, MARTIN PAVLIŠTA3, TOMÁŠ KOHOUTEK1, TOMÁŠ WÁGNER1 and MILOSLAV FRUMAR1 1)

Katedra obecné a anorganické chemie, Fakulta chemicko-technologická, Univerzita Pardubice, nám. Čs. Legií 565, 53210 Pardubice, Czech Republic

2)

Centre for Information Materials and Department of Materials Science and Engineering, Pohang University of Science and Technology (POSTECH), San 31, Hyoja-dong, Nam-gu, Pohang, Gyeongbuk 780-794, Republic of Korea 3)

Ústav aplikované fyziky a matematiky, Fakulta chemicko-technologická, Univerzita Pardubice, Studentská 95, 53210 Pardubice, Czech Republic *kontaktní email: [email protected]

Abstrakt Amorfní chalkogenidy jsou slibnými materiály pro širokou škálu aplikací, mezi něž můžeme zařadit také fotoluminiscenci a energetickou konverzi fotonů. Tyto jevy lze aplikovat pro lasery, senzory, optické vláknové zesilovače, zvyšování účinnosti solárních článků a další. Je to dáno tím, že amorfní chalkogenidy mají široké okno propustnosti od viditelné po střední infračervenou spektrální oblast, vysoký index lomu, nízké fononové energie, je relativně snadné připravit je ve formě objemových vzorků i tenkých vrstev a některé z těchto materiálů vykazují fotocitlivou při expozici světlem o energii blízké optické šířce zakázaného pásu exponovaného materiálu. K získání fotoluminiscence byly chalkogenidy dopovány trojmocnými kationty vzácných zemin (lanthanoidů), zejména byly studovány vlastnosti u Er3+-dopovaných Ga-Ge-Sb-S amorfních chalkogenidech. U těchto materiálů byla pozorována fotonová up-konverze z infračervené do viditelné oblasti elektromagnetického spektra při 802 nm a 1550 nm laserové excitaci. Při 802 nm excitaci pocházely fotonové emise z 4f-4f elektronových přechodů Er3+ iontů mezi stavy 2H11/2→4I15/2 (530 nm), 4S3/2→4I15/2 (550 nm) a 4F9/2→4I15/2 (660 nm), v případě 1550 nm excitace byla fotonová up-konverzní emise pozorována z elektronových přechodů 2H11/2→4I15/2 (530 nm), 4 S3/2→4I15/2 (550 nm), 4F9/2→4I15/2 (660 nm), 4I9/2→4I15/2 (810 nm) a 4I11/2→4I15/2 (990 nm). Fotonová up-konverze může být aplikována pro lasery nebo zvyšování účinnosti solárních křemíkových článků. Vedle anti-Stokesových emisí byly pozorovány také emise Stokesových procesů od blízké do střední infračervené oblasti spektra, přičemž zajímavé jsou přechody mezi stavy 4I13/2→4I15/2 (1,54 μm) a 4I11/2→4I13/2 (2,7 μm), které jsou aplikačně používány např. v telekomunikaci, LIDAR technologii, pro chirurgické lasery a další. Autoři děkují za finanční podporu projektu MŠMT, LH-KONTAKT II, LH-11101 a ESF a MŠMT, CZ.1.07/2.3.00/20.0254 „ReAdMat- Research Team for Advanced Non-crystalline Materials“ realizovanému v rámci OP VK.



Physico-chemical properties of Sb-In-Te system thin films Luděk Hromádko1,*, Jan Přikryl1, Lukáš Střižík1, Petr Košťál2, Miloslav Frumar1 1)

Department of General and Inorganic Chemistry, University of Pardubice, Legion’s square 565, Pardubice 532 10, Czech Republic 2)

Department of Inorganic Technology, Faculty of Chemical Technology, University of Pardubice, Doubravice 41, Pardubice 532 10, Czech Republic *kontaktní email: [email protected]

Abstract Materials of Sb-Te system with high content of antimony (Sb-rich) are known for their fast amorphour-to-crystalline transition, which is one of few important properties for phase change memories. The Sb-Te materials have relatively poor stability of amorphous phase and low crystallization temeprature. We supposed that indium doping will increase crystallization temperature and will stabilize the amorphous state. The bulk samples of composition Sb70-xInxTe30 (x = 0, 7 and 14) were prepared. The thin films of these materials were prepared by thermal flash evaporation. As-deposited thin films were amorphous. As-deposited films had high electrical sheet resistance (Rs) (≈ 106 Ω/sqr.) at room temperature. At crystallization temperature, the Rs droped abruptly (≈ 102 Ω/sqr.). The crystallization temperatures were found to be 113, 158 and 183°C for Sb70Te30, Sb63In7Te30 and Sb56In14Te30, respectively. The activation energies of crystallization as evaluated by Kissinger’s plot were 2.42, 2.72 and 3.15 eV for Sb70Te30, Sb63In7Te30 and Sb56In14Te30, respectivelly. The optical bandgap of amorphos films increases with increasing content of indium from 0.38 to 0.47 eV. Values of refractive index were in range 5.43 to 4.77 ( = 1500 nm) for amorphous state and 7.06 to 5.89 for crystalline state. They decreased with increasing content of indium. The authors thank to grant projects CZ.1.07/2.3.00/09.0104 “Education and Development of Research Team for Centre of Material Science Pardubice” and CZ.1.07/2.3.00/20/0254 “ReAdMat – Research Team for Advanced Non-Crystalline Materials”realized by ESF and Ministry of Education, Youth and Sports of The Czech Republic within ECOP.



Struktura a vlastnosti lithných borofosfátových skel s obsahem TeO2 MARYNA VOROKHTA* PETR MOŠNER Katedra obecné a anorganické chemie, Fakulta chemicko-technologická, Univerzita Pardubice, Studentská 573, 53210, Pardubice *kontaktní email: [email protected]

Abstrakt Oxid fosforečný je vedle oxidu křemičitého nejznámějším sklotvorným oxidem. Z důvodu nízké chemické odolnosti však nejsou skla s vysokým obsahem P2O5 tak technicky významná jako skla křemičitá či borokřemičitá. K oxidům, které mohou významě modifikovat fyzikálně-chemické vlastnosti fosforečnanových skel patří B2O3 a TeO2. Oxid boritý je silně hygroskopický a má vysoký koeficient teplotní roztažnosti (α = 14.4×10 -6 K-1). Je-li však složkou skla, zvyšuje jeho chemickou odolnost a snižuje koeficient teplotní roztažnosti. Skla, jejichž hlavní složkou je oxid telluričitý, vykazují řadu unikátních vlastností, které je předurčují k jejich technickému využití. Telluričitá skla mají například poměrně vysoký index lomu nd = 2,1-2,3, vysoké hodnoty dielektrické konstanty, nízké teploty skelné transformace, vysokou hustotu a nejsou na rozdíl od fosforečnanových skel hygroskopická. V rámci práce bylo připraveno a studováno 9 skel v kompoziční řadě (100-x)[0.5Li2O0.1B2O3-0.4P2O5]-xTeO2 s obsahem od 0 do 80 mol% TeO2. Všechna připravená skla byla bezbarvá. Struktura připravených skel byla studována pomocí Ramanovy spektroskopie a MAS NMR spektroskopie jader 31P a 11B. Z Ramanovy spektroskopie vyplynulo, že s přídavky TeO2 se do strukturní sítě postupně zabudovávají telluričité strukturní jednotky TeO3 (trigonální pyramidy) a TeO4 (triginální bipyramidy) a dochází k postupné depolymerizaci fosfátových strukturních jednotek Q2  Q1  Q0 . S rostoucím obsahem TeO2 se ve struktuře skel zvyšuje podíl strukturních jednotek TeO4/TeO3. Z MAS NMR spekter jader 11B vyplynulo, že tetraedrické borofosfátové strukturní celky typu B(OP)4 jsou postupně transformovány na celky B(OP)3(OTe), B(OP)2(OTe)2 a B(OP)(OTe)3. Boritanové strukturní jednotky BO3 nebyly ve struktuře skel vzhledem k nízkému obsahu B2O3 zjištěny. S rostoucím obsahem TeO2 roste měrná hmotnost skel, zatímco jejich molární objem klesá. Chemická odolnost skel se s rostoucím obsahem TeO2 0-40 mol% nejprve snižuje a poté roste. Zjištěný pokles chemické odolností souvisí s postupnou depolymerizací borofosfátové sítě, opětovný nárůst pak se stabilizací telluričité strukturní sítě. Pomocí diferenční termické analýzy a termodilatometrie byl studován vliv obsahu TeO2 na termické chování a stabilitu skel. Ze získaných termoanalytických křivek vyplynulo, že s rostoucím obsahem TeO2 klesá teplota skelné transformace a dilatační teplota měknutí skel, zatímco teplotní roztažnost skel se zvyšuje. Zjištěné změny teploty skelné transformace a teplotní roztažnosti skel souvisí s poklesem vazebných sil ve skelné struktuře vzhledem k postupné transformaci vazeb P-O-P a P-O-B za vazby P-O-Te, B-O-Te a Te-O-Te. Z DSC křivek dále vyplynulo, že všechna skla resp. jejich podchlazené taveniny při zahřívání krystalizuji. Nejnižší termická stabilita byla zjištěna u skel s obsahem 40 a 50 mol% TeO2. S rostoucím obsahem TeO2 dochází k výraznému poklesu krystalizační teploty v rozmezí 493399oC. Nejnižší termická stabilita byla zjištěna u skel s obsahem 40 a 50 mol% TeO2. Produktem krystalizace jsou zejména sloučeniny BPO4 , LiPO3 a Li4P2O7 a -TeO2. Ze studia mechanismu krystalizace vyplynulo, že u všech vzorků převládá povrchový mechanismus krystalizace nad mechanismem objemovým.



Opticky indukovaná difúze Ag do tenkých vrstev Ge28-xGaxS72 S. VALKOVÁ1,*, T. WÁGNER1, M. PAVLIŠTA1, M. VLČEK2, B. FRUMAROVÁ2, L. BENEŠ3, 1)

Univerzita Pardubice; Fakulta chemicko-technologická, Katedra obecné a anorganické chemie, Studentská 95, Pardubice, 53210, Česká Republika

2)

Ústav makromolekulární chemie Akademie věd České republiky a Univerzity Pardubice; Studenská 85, Pardubice, 53210 , Česká Republika 3)

Univerzita Pardubice; Fakulta chemicko-technologická; Společná laboratoř chemie pevných látek, Studentská 95, Pardubice, 53210, Česká Republika *kontaktní email: [email protected]

Abstrakt Mezi nové typy pamětí s nízkou energetickou spotřebou, které jsou v současné době intenzivně studovány, lze zařadit i PMC (programmable metallization cell) [1], která má vysoký potenciál k použití zvlášť v oboru kognitivních pamětí [2]. Bylo zjištěno, že PMC struktury obsahující Ag-GeS tenkou vrstvu jako elektrolyt, mají výborné spínací vlastnosti dokonce i při teplotách převyšujících 300°C [3]. Hlavní nevýhodou tenkých vrstev systému Ge-S je jejich snadná hydrolýza ve vzdušném prostředí. Toto může být odstraněno přidáním malého množství Ga, přičemž by dobré spínací vlastnosti elektrolytu měly být stále zachovány. V této práci byl výzkum zaměřen na dopování Ag do systému Ge28-xGaxS72. Objemové vzorky o složení Ge28S72, Ge26Ga2S72, Ge24Ga4S72 a Ge22Ga6S72 byly připraveny přímou syntézou z velmi čistých prvků. Z daných skel byly pulzní laserovou depozicí připraveny 4 řady tenkých vrstev o tloušťkách 500-600nm. Připravené vrstvy byly charakterizovány několika technikami a následně podrobeny opticky indukované difúzi Ag [4]. Studovány byly změny ve struktuře a optických vlastnostech dopovaných Ag-Ge28xGaxS72 tenkých vrstev. Autoři děkují Evropskému sociálnímu fondu a Ministerstvu školství mládeže a tělovýchovy České Republiky za finanční podporu projektu CZ.1.07/2.3.00/20.0254 "ReAdMat Výzkumný tým pro pokročilé nekrystalické materiály“. Děkují také MEYS CR KONTAKT II projektu číslo LH11101 a projektům AV0Z500505, P204/11/0832 a P106/11/0506 za finanční podporu. Reference [1] M.N. Kozicki, M. Mitkova: J. of Non-cryst. Sol., 352 (2006). [2] K.Terabe, T. Hasegawa, T. Nakayama, M. Aono: Nature, 433 (2005). [3] M.N. Kozicki, M. Balakrishnan, C. Gopalan, C. Ratnakumar, M. Mitkova; IEEE (2005). [4] T. Wagner, M. Frumar: Photo-ind. met. in amorph. semic.; A. V. Kolobov; (2003) 160.



Termodynamické vlastnosti tuhého roztoku Bi24+xCo2-xO39 O. JANKOVSKÝ, D. SEDMIDUBSKÝ, Z.SOFER, J. ČAPEK, K. RŮŽIČKA Institute of chemical technology Prague, Technická 5, 166 28 Prague 6 – Dejvice

Abstrakt Vzorky v pseudobinárním systému Bi-Co-O byly připraveny keramickou cestou z Bi2O3 a Co2O3. Tyto vzorky byly analyzovány pomocí diferenční skenovací kalorimetrie (DSC), diferenční termické analýzy (DTA), termogravimetrie (TG) a rentgenové difrakční analýzy (XRD). Užitím Rietveldovy analýzy rentgenových difrakčních dat byla stanovena oblast homogenity tuhého roztoku Bi24+xCo2-xO39 a s pomocí programu FactSage byla modelována příslušná oblast fázového diagramu Bi-Co-O na vzduchu. Výsledky Rietveldovy analýzy byly potvrzeny pomocí mikroanalýzy (SEM-EDS). Fázové složení za vysokých teplot bylo analyzováno rentgenovou difrakční analýzou zakalených vzorků. U vzorku Bi24Co2O39 (x=0) byla změřena tepelná kapacita za pomoci DSC od 258 K do 355 K. Relativní entalpie byla stanovena metodou vhazovací kalorimetrie (DROP) od 573 K do 973 K. Tepelná kapacita byla popsána Einsteinovým-Debyeovým modelem.



Structural and optical properties of ZnO thin films doped by Mn and Li L. NÁDHERNÝ1, Z. SOFER1, D. SEDMIDUBSKÝ1, J. ČAPEK2 1)

Institute of chemical technology Prague, Department of Inorganic chemistry, Technická 5, 166 28 Prague 6 – Dejvice

2)

Institute of chemical technology Prague, Department of Metallurgy, Technická 5, 166 28 Prague 6 – Dejvice

Abstract Zinc oxide – the wide band AIIBIV semiconductor – doped with transition metals is one of the most extensively studied materials for spintronics. We prepared ZnO doped by Mn and thereafter by Mn and Li in the form of thin films on sapphire substrates. The films were deposited by spray pyrolysis using metal beta-diketonates described previously [1]. The structure of the prepared films was characterized by XRD analysis and Raman spectroscopy. SEM was employed to investigate the layer surface and EDX technique was utilized to determine the dopant concentration. UV-Vis spectroscopy was used in the range of 200 – 800 nm to describe optical properties. Prepared ZnO-Mn and ZnO-Mn,Li films were single phase, polycrystalline and preferentially oriented along c-axis. The doping with Mn and Li slightly increased the polycrystallinity of the final films. Despite the fluorescence band approximately at 525 cm–1, the Raman spectroscopy revealed E2-high mode – typical for oxygen sublattice vibration in wurtzit structure of ZnO and A1-TO mode reflecting the strength of the polar lattice bonds. The surface of the films was a bit coarser than pure ZnO film. The roughness of the doped films represented by RMS value was about 23 nm. SEM images indicated few local defects on granular consistent film surface. The films doped with manganese contained 1.1 at. % of Mn. The films doped with both manganese and lithium contained 2.5 and 3.6 at. % of Mn. High uncertainty of lithium content measurement prevented its evaluation. The doping of the prepared ZnO films resulted into optical band gap shift compared to undoped film. The UV-Vis spectrum shape of ZnO-Mn,Li approximately at 600 nm suggests high spin population on the manganese atoms.

Reference [1] Nádherný, L., et al., ZnO thin films prepared by spray-pyrolysis technique from organo-metallic precursor. Ceramics-Silikaty, 2012. 56 (2): p. 117 – 121.





Program semináře ANM 2013 9:00 - 9:15 Úvodní slovo Prof. Ing. Helebranta CSc. v místnosti A02 Přednášky v místnosti A02 Dopolední sekce Čas Přednášející 9:20-9:40

PATIL D.

9:40-10:00

ZEMANOVÁ V.

10:00-10:20

TEPLANOVÁ M.

10:20-10:40

HODOŇ J.

10:40-11:00

DYRČÍKOVÁ P.

11:00-11:20

LISSOVÁ M.

Název práce New Impedance Spectroscopy Model for the Dynamic Study in Ionic Materials Skúmanie elektrických vlastností kremičitých skiel metódou impedančnej spektroskopie Štruktúra a vlastnosti oxidových skiel s obsahom oxidov chrómu Izotermická a neizotermická relaxácia napätia v komerčne vyrábaných sklách Technologicky významné interakce plynů s taveninami skel Povrchové napätie fosforečnanových sklotvorných tavenín

Odpolední sekce Čas Přednášející

Název práce

12:40-13:00

GAVENDA T.

The influence of electron irradiation on silicate glass

13:00-13:20

NETUŠILOVÁ M.

Metody studia povrchu tabulového skla

13:20-13:40

VLČKOVÁ P.

13:40-14:00

MICHALKOVÁ K.

14:00-14:20

TOMAGOVÁ M.

14:20-14:40

BIELIKOVÁ B.

14:40-15:00

BARTOŇ I.

Korózia sklených vlákien 725 QN v destilovanej vode a v koróznom roztoku H3BO3/NaOH Sledovanie vplyvu malých molekúl na vlastnosti TiO2 vrstiev pripravených sól-gél metódou AFM nanokompozitných vrstiev Štúdium vplyvu starnutia TiO2 sólu na hodnotu uhla zmáčania Fotokatalytická degradace toluenu s využitím optických vláken pokrytých nanočásticemi TiO2





Přednášky v místnosti A01 Dopolední sekce Čas Přednášející

Název práce Hodnocení historických glazur archeologických

9:20-9:40

JONÁŠOVÁ Š.

9:40-10:00

ZEMENOVÁ P.

10:00-10:20

HOSTAŠA J.

10:20-10:40

HORÁKOVÁ D.

Keramické skafoldy

NGUYEN ANH

Vliv prostředí na alumosilikátové polymerní malty na

DUONG

bázi alkalicky aktivovaného popílku

11:00-11:20

COOKNEY J.

Synthesis of ZIF-8 inorganic hybrid membranes

11:20-11:40

KOLÁŘ J.

Leptání porézního oxidu hliníku

10:40-11:00

Odpolední sekce Čas Přednášející 12:40-13:00

VOLESKÁ I.

13:00-13:20

STŘIŽÍK L.

13:20-13:40

HROMÁDKO L.

13:40-14:00

VOROKHTA M.

14:00-14:20

VALKOVÁ S.

14:20-14:40

JANKOVSKÝ O.

14:40-15:00

NÁDHERNÝ L.

keramických nálezů Kinetika dehydroxylace kaolinitu Transparent Yb-doped YAG ceramics for laser applications

Název práce Molekulové modelování chalkogenidových skel Fotoluminiscence a fotonová up-konverze v Ga-Ge-Sb-S amorfních chalkogenidech Physico-chemical properties of Sb-In-Te system thin films Struktura a vlastnosti lithných borofosfátových skel s obsahem TeO2 Opticky indukovaná difúze Ag do tenkých vrstev Ge28xGaxS72

Termodynamické vlastnosti tuhého roztoku Bi24+xCo2-xO39 Structural and optical properties of ZnO thin films doped by Mn and Li

XVIII. ročník odborného semináře doktorandů

Recommend Documents