Espectroscopia de impedância e microestrutura de vitrocerâmicas Li1+x[Al xGe2-x(PO4) 3] condutoras por íons lítio Impedance spectroscopy and microstructure of lithium conductor Li1+x[Al xGe2-x(PO4 )3] glass ceramics

• Main Authors: A. M. Cruz, A. C. M. Rodrigues
• Format: Article
• Language: English
• Published: Associação Brasileira de Cerâmica 2007-06-01
• Series: Cerâmica
• Subjects: vitrocerâmicas; microestrutura; condutividade elétrica; espectroscopia de impedância; eletrólito sólido; glass-ceramic; microstructure; electrical conductivity; impedance spectroscopy; solid electrolyte
• Online Access: http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0366-69132007000200012

A fase Li1,5[Al0,5Ge1,5(PO4) 3] foi obtida via vitrocerâmica. Com o objetivo de se obter amostras com diferentes microestruturas, o vidro precursor do sistema Li2O-Al2O3-GeO2-P 2O5 foi submetido a tratamentos térmicos duplos. As amostras foram primeiramente nucleadas na temperatura de transição vítrea por diferentes tempos, e posteriormente cristalizados a 571 ºC. Foi também obtida uma vitrocerâmica por tratamento térmico simples a 618 ºC por 30 min. A caracterização por difração de raios X revela que a fase NASICON é a única fase presente após a cristalização. A caracterização elétrica foi realizada por espectroscopia de impedância, no intervalo de temperatura entre a ambiente e 120 ºC. Para algumas das amostras obtidas, os espectros de impedância mostram dois semicírculos evidenciando a presença de duas contribuições diferentes na condutividade elétrica, sempre próxima a 10-5 S/cm à temperatura ambiente. A energia de ativação de condução variou de H" 0,36 a 0,49 eV. A análise por microscopia eletrônica de varredura revela que tratamentos térmicos com tempos menores de nucleação geram amostras com grão maiores. Por outro lado, os resultados de condutividade elétrica indicam que as amostras com grãos maiores são mais condutoras.<br>The highly conductive Li1.5[Al0.5Ge1.5(PO4) 3] phase was obtained by a glass-ceramic route. To achieve different microstructures, the parent Li2O-Al2O3-GeO2-P 2O5 glass was submitted to double heat treatments. Glasses were first nucleated for different periods of time at the temperature of glass transition and then subsequently fully crystallized at 571 ºC. A glass-ceramic was also obtained by simple heat treatment at 618 ºC for 30 min. X-Ray diffraction analyses show that, after crystallization, the NASICON phase is the unique phase present. Electrical characterization was carried out by impedance spectroscopy, from room temperature to 120 ºC. Impedance complex plane plots of some samples reveal two semicircles, enabling the identification of two contributions to the total electrical conductivity, which was close to 10-5 S/cm at room temperature. Activation energy varied from 0.36 eV to 0.49 eV. Scanning electron microscopy analysis confirms that heat treatments with shorter nucleation time lead to samples with higher grain size. Moreover, electrical measurements show that samples with larger grain size present a higher ionic conductivity.