Σχεδιασμός, σύνθεση και μελέτη νέων συστημάτων φωσφορικών, βορικών υάλων και υαλοκεραμικών υψηλής χημικής σταθερότητας
Authors: Αναστασοπούλου Μαρία 
Published: September 2021

Στην διατριβή αυτή παρουσιάζεται η παρασκευή και η μελέτη τριαδικών βοριοφωσφορικών υάλων με στρόντιο, συστάσεων xSrO(1-x)[0.68B2O3·0.32P2O5], όπου 0.40≤x≤0.68. Με σκοπό την διερεύνηση των φασματοσκοπικών δεδομένων και για λόγους σύγκρισης, παρασκευάστηκαν και μελετήθηκαν οι βοριοφωσφορικές ύαλοι βαρίου αντιστοίχων συστάσεων xBaO(1-x)[0.68B2O3·0.32P2O5], 0.40≤x≤0.53. Παρασκευάστηκαν επίσης και μελετήθηκαν τριαδικές βοριοφωσφορικές ύαλοι με κασσίτερο συστάσεων 0.67SnO·(0.33-x)P2O5·xB2O3, 0≤x≤0.16, με σκοπό την διερεύνηση της σημαντικής αύξησης που επιφέρει στην χημική τους ανθεκτικότητα (logDR) - αλλά και σε άλλες ιδιότητες όπως η πυκνότητα (ρ) και η θερμοκρασία υαλώδους μετάπτωσης (Τg) - η αντικατάσταση του P2O5 με B2O3 όπως και η μεταβολή του λόγου Sn2+/Sn4+. Για την μελέτη της δομής των υάλων χρησιμοποιήθηκαν φασματοσκοπίες Raman και μέσου υπερύθρου (mid-IR), ενώ για την μελέτη των ιοντικών αλληλεπιδράσεων κατιόντων Sr2+ και υαλώδους δικτυώματος, φασματοσκοπία άπω υπερύθρου (far-IR) όπου υπολογίστηκε η ενεργή σταθερά δύναμη FSr-O η οποία χρησιμοποιήθηκε για την εκτίμηση της ισχύος των δεσμών Sr-O, σημαντικού παράγοντα, ο οποίος επηρεάζει σε μεγάλο βαθμό τις ιδιότητες των υάλων όπως είναι η Tg, η χημική σταθερότητα αλλά η πυκνότητα. Η μελέτη και ανάλυση των δονητικών φασμάτων έδειξε μια γενική τάση σταδιακής τροποποίησης των υάλων με εξαίρεση συστάσεις κοντά στην μετα-στοιχειομετρία. Για την επιβεβαίωση και κατανόηση αυτών των φασματοσκοπικών δεδομένων στο σύστημα SrO-B2O3-P2O5 παρασκευάστηκαν κρυσταλλικές ενώσεις και υαλοκεραμικά συγκεκριμένων συστάσεων υάλων και μελετήθηκαν με περίθλαση ακτίνων-Χ (XRD) και φασματοσκοπία Raman. Η μελέτη του τοπικού περιβάλλοντος για τα ιόντα κασσιτέρου, o αριθμός σύνταξης και η ανίχνευση μεταλλικού κασσιτέρου, έγιναν μέσω της μελέτης των φασμάτων Mössbauer των υάλων αλλά και με την βοήθεια οπτικού μικροσκοπίου. Τα αποτελέσματα έδειξαν την συστηματική ποσοτική αύξηση μεταλλικού κασσιτέρου και του λόγου Sn4+/Sn2+ με αύξηση του περιεχομένου βορίου στην ύαλο.Οι ύαλοι στροντίου που παρασκευάσθηκαν μελετήθηκαν παράλληλα και θεωρητικά, αρχικά με κβαντομηχανικούς υπολογισμούς της ηλεκτρονιακής τους δομής και μετέπειτα με υπολογισμούς μοριακής δυναμικής (MD). Οι κβαντομηχανικοί υπολογισμοί είχαν σκοπό να αποσαφηνίσουν πλήρως την γεωμετρία και τους τρόπους δονητικής συμπεριφοράς του υπό μελέτη συστήματος και παράλληλα να διερευνήσουν την προέλευση χαρακτηριστικών ταινιών (π.χ. ~985cm-1) στα φάσματα Raman που μελετήθηκαν για τις οποίες δεν υπάρχουν σαφείς αποδόσεις στην βιβλιογραφία. Τέλος, προσδιορίστηκαν ιδιότητες όπως η πυκνότητα (μέθοδος Αρχιμήδη), ο μοριακός όγκος (χρησιμοποιώντας πυκνότητα και πραγματική σύσταση), οι θερμοκρασίες υαλώδους μετάβασης (Tg) με βάση μετρήσεις θερμικής ανάλυσης (DTA/TGA), των υάλων στροντίου και κασσιτέρου. Επίσης προσδιορίστηκε η ταχύτητα διάλυσης (DR) με βάση την απώλεια βάρους για δύο διαφορετικούς χρόνους έκθεσης σε ουδέτερο υδατικό διάλυμα στους 90οC, και υπολογίστηκε η χημική ανθεκτικότητα των υάλων. Πραγματοποιήθηκε συνολική αποτίμηση των αποτελεσμάτων και συνδυασμός των πληροφοριών από τις διάφορες αναλυτικές μεθόδους που χρησιμοποιήθηκαν για την δομή των υάλων και των χαρακτηριστικών ιδιοτήτων που τα υλικά παρουσιάζουν. Έγινε ανάλυση των μεταβολών των ιδιοτήτων σε σχέση με τις δομικές ανακατατάξεις και προσδιορίστηκαν οι ευνοϊκοί παράγοντες για ενίσχυση της χημικής ανθεκτικότητας.