Effects of Fe2O3 substitution for K2O on the physical properties of 88P2O5–xFe2O3–2CoO–(10 − x)K2O glasses

• Main Authors: Noureddine Bjaoui, Nasr Sdiri, Manuel Almaida Valente, Karima Horchani-Naifer, Mokhtar Férid
• Format: Article
• Language: English
• Published: Elsevier 2021-01-01
• Series: Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio
• Subjects: Vidrios; Calorimetría; Histéresis; Energía del intervalo; Espectroscopia de impedancia; Módulo
• Online Access: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0366317520300236

88P2O5–xFe2O3–2CoO–(10 − x)K2O glasses from x = 0.0 to x = 0.5 were prepared at 850 °C using melt quenching technique.These glass systems were characterized by using X-ray diffraction, differential scanning calorimetry (DSC), magnetic measurements, Raman spectroscopy, Archimedes methods, Brewster spectrometer, UV–vis spectrophotometer and impedance spectroscopy. X-ray diffraction revealed that these glass systems have amorphous structure. DSC has showed that the thermal stability of the glass samples increased with the rate of iron. Raman spectra showed the presence of the P–O–Fe group which increases the rigidity of the glass samples. The density of our compounds increased with the increase of the amount of iron oxide.Magnetic measurements at 5 K using vibrating sample magnetometer technique show antiferromagnetic behavior of these system glasses.According to the results of the optical absorption spectra, the values of the gap energy and Urbach energy decreased and the refractive index of the glass increased with the increase of the mole of Fe2O3. Brewster spectrophotometer has showed an optical index (n > 1.5). On other hand, the chromatic coordinates of all samples to the area of blue–purple light emission.Electrical properties were studied using the technique of impedance alternative spectroscopy over a temperature range 423–623 K in the frequency range of 40 Hz–13 MHz; conductivity under variable regime σac follows Jonscher's law. The conductivity σdc follows the Arrhenius law with an activation energy value too low (≈0.3 eV) and decreased with the rate of iron, indicating polaronic conduction.The dielectric study showed high values of dielectric constant at low frequency with low loss at high frequency. The modulus revealed dipolar relaxations. Resumen: Se prepararon vidrios 88P2O5–xFe2O3–2CoO–(10 − x)K2O de x = 0,0 a x = 0,5 a 850 °C con la técnica de enfriamiento rápido (melt quenching).Estos sistemas vítreos se caracterizaron por el uso de difracción de rayos X, calorimetría diferencial de barrido (DSC), mediciones magnéticas, espectroscopia Raman, métodos de Arquímedes, espectrómetro Brewster, espectrofotómetro UV-Vis y espectroscopia de impedancia. La difracción de rayos X reveló que estos sistemas vítreos tienen una estructura amorfa. La DSC ha demostrado que la estabilidad térmica de las muestras de vidrio aumentó con la tasa de hierro. Los espectros Raman mostraron la existencia del grupo PO-Fe que incrementa la rigidez de las muestras de vidrio. La densidad de nuestros compuestos se incrementó con el aumento de la cantidad de óxido de hierro.Las mediciones magnéticas a 5 K utilizando la técnica del magnetómetro de muestra vibracional muestran el comportamiento antiferromagnético de estos vidrios del sistema.De acuerdo con los resultados de los espectros de absorción óptica, los valores de la energía del intervalo y la energía de Urbach disminuyeron, y el índice de refracción del vidrio aumentó con el aumento del mol de Fe2O3. El espectrofotómetro Brewster ha mostrado un índice óptico (n > 1,5). En cambio, las coordenadas cromáticas de todas las muestras al área de emisión de luz azul-púrpura.Las propiedades eléctricas se estudiaron utilizando la técnica de espectroscopia alternativa de impedancia en un rango de temperatura de 423-623 K en el rango de frecuencia de 40 Hz-13 MHz; la conductividad por el régimen variable σ AC sigue la ley de Jonscher. La conductividad σdc sigue la ley de Arrhenius con un valor de energía de activación demasiado bajo (≈ 0,3 eV) y disminuía con la tasa de hierro, lo que indica conducción polarónica.El estudio dieléctrico mostró valores altos de constante dieléctrica a baja frecuencia con baja pérdida a alta frecuencia. El módulo reveló relajaciones dipolares.