Přístup k e-verzi:Práce bude přístupná pouze v rámci univerzity od 10.5.2023
Studijní obor:Materiálové inženýrství
Abstrakt:
Diplomová práce se zabývá přípravou fosfátových a borofosfátových skel s obsahem
In2O3, studiem jejich struktury pomocí Ramanovy spektroskopie a MAS NMR spektroskopie,
zjišťováním jejich základních fyzikálně-chemických vlastností a studiem jejich termického
chování pomocí tepelně-vodivostní DSC, termodilatometrie a vysokoteplotní mikroskopie.
Celkem bylo připraveno 16 vzorků homogenních skel ve čtyřech kompozičních řadách: A:
(50-x)ZnO-xIn2O3-50P2O5 (x = 0; 5; 10; 15; 20; 30); B: 30ZnO-(20-x)B2O3-xIn2O3-50P2O5 (x
= 0; 5; 10; 15; 20); C: 30PbO-(20-x)B2O3-xIn2O3-50P2O5 (x = 0; 5; 10; 15; 20) a D: (50-
x)ZnO-xY2O3-50P2O5,(x = 0; 5).
Z MAS NMR spekter jader 31P vyplynulo, že v kompoziční řadě 30ZnO-(20-x)B2O3-
xIn2O3-50P2O5 (řada B) dochází k postupné transformaci fosfátových celků v pořadí (Q3
?) Q2 ? Q1 ? Q0 s rostoucím obsahem In2O3. S přídavky inditého dochází k postupné
depolymerizaci fosfátové strukturní sítě, spojené s transformaci celků typu Q2 na celky Q1,
také v ostatních kompozičních řadách, jak ukázala Ramanova spektra. Rozdíl ve struktuře
skel obsahujících 5 mol% In2O3 nebo 5 mol% Y2O3 je minimální. NMR spektra jader 11B skel
kompoziční řady B ukázala, že se indium do skelné strukturní sítě zabudovává, zejména
prostřednictvím vazeb P-O-In.
Studium fyzikálně-chemických vlastností ukázalo, že při zvyšování obsahu In2O3 (Y2O3)
roste měrná hmotnost skel a jejich molární objem skel v kompozičních řadách A, C a D, u
skel řady B byly změny molárního objemu s rostoucím obsahem oxidu inditého malé.
Nejnižší chemická odolnost vůči vodě byla zjištěna u zinečnatéto metafosfátového skla. Při
záměně ZnO za In2O3 v kompoziční řadě A se chemická odolnost skel zvyšovala, stejně tak
jako při záměně ZnO za Y2O3 v řadě D. Chemická odolnost skel připravených
v borofosfátových kompozičních řadách 30ZnO-(20-x)B2O3-xIn2O3-50P2O5 (B) a 30PbO-
(20-x)B2O3-xIn2O3-50P2O5 (C) byla vysoká a v rámci vzájemné záměny obou trojmocných
oxidů (B2O3 a In2O3) skel se příliš neměnila.
Z výsledků tepelně-vodivostní DSC vyplynulo, že některá skla resp. jejich podchlazené
taveniny krystalizují. V kompoziční řadě A: (50-x)ZnO-xIn2O3-50P2O5, byla nejvyšší
termická stabilita zjištěna u vzorku s obsahem 5 mol% In2O3. Vysokou termickou stabilitu
vykazuje také většina skel připravených ve zbývajících kompozičních řadách. Obdobné
rozdíly v termické stabilitě byly zjištěny také pomocí vysokoteplotní mikroskopie.
Z rentgenové difrakční analýzy vyplynulo, že produktem krystalizace jsou fáze Zn(PO3)2,
Zn2(P2O7)2, InP3O9, Pb2InP3O11, Y(PO3)3 a v případě borofosfátových kompoziční řad také
BPO4. Z DSC a TD křivek dále vyplynulo, že teplotní roztažnost skel klesá se zvyšujícím se
obsahem In2O3 (Y2O3). Teplota skelné transformace s rostoucím obsahem In2O3 (Y2O3)
v řadách A, C a D naopak stoupá, v řadě 30ZnO-(20-x)B2O3-xIn2O3-50P2O5 (B) se téměř
nemění. Obdobné závislosti byly zjištěny také u dilatometrické teploty měknutí.
Ze studia termického chování skel 50ZnO-50P2O5 (A) a 30ZnO-20In2O3-50P2O5 (A) dále
vyplynulo, že u obou vzorků převládá povrchový mechanismus nukleace (krystalizace) nad
mechanismem objemovým. Vyšší podíl objemové nukleace byl zjištěn u skla 50ZnO-50P2O5.
Studium nukleační rychlosti ukázalo, že u vzorku 50ZnO-50P2O5 vznikají stabilní nukleační
zárodky při vyšších nukleačních teplotách a po delších nukleacích časech než u vzorku
30ZnO-20In2O3-50P2O5.