Synthesis and characterization of Cu-doped NaPO3 glasses

Abstract

The presented work has been aimed to investigate the effects of Cu-doping on the structural and morphologic properties of NaPO₃ (sodium metaphosphate or sodium phosphate) glasses. Cu-containing NaPO₃ glasses at different ratios were synthesized at 700 °C. The characterization process of the as-synthesized glasses was performed using Fourier transform infrared (FTIR), X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). It was determined that the single phase of the as-produced samples was the NaPO₃ with the orthorhombic crystal structure. Furthermore, it was observed that the Cu-addition caused significant variations in the amount of crystallinity, crystallite size and lattice parameters of the as-produced sodium phosphate glasses. It was determined that the morphology of the as-produced sodium phosphate glasses was affected by Cu-doping.

Keywords

• X-ray diffraction (XRD),FT-IR,Morphology,Cu-doping

Cu katkılı NaPO3 camlarının sentez ve karakterizasyonu

Abstract

Sunulan çalışma, NaPO₃ (sodyum metafosfat ya da sodyum fosfat) camlarının yapısal ve morfolojik özellikleri üzerinde, Cu katkısının etkilerinin incelenmesini amaçlamaktadır. Farklı oranlarda Cu katkısı içeren NaPO₃ camları 700 °C’de sentezlendi. Sentezlenen camların karakterizasyon işlemi Fourier dönüşümlü kızılötesi (FTIR), X-ışını kırınımı (XRD) ve taramalı elektron mikroskopisi (SEM) ile gerçekleştirildi. Üretilen numunelerin sahip oldukları tek fazın ortorombik kristal yapıdaki NaPO₃ olduğu belirlendi. Ayrıca, Cu katkısının üretilen sodyum fosfat camlarının kristalleşme miktarı, kristal büyüklüğü ve örgü parametrelerinde önemli değişimlere sebep olduğu gözlendi. Üretilen sodyum fosfat camlarının morfolojisinin Cu katkılanmasıyla etkilendiği belirlendi.

Keywords

• X-ışını kırınımı (XRD),FT-IR,Morfoloji,Cu katkılama

References

1. [1] Çetinkaya Çolak S. (2009). Geçis metal iyonları katkılı sodyum-fosfat camların elektrik, optik, yapısal, yüzeysel ve termal özellikleri. Doktora Tezi, Osmangazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Eskişehir.
2. [2] Yüce B. (2009). Bor katkılı demir fosfat camlarının sentezi ve özellikleri. Yüksek Lisans Tezi, Kafkas Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kars.
3. [3] Hrajech, S. & Ferid, M. (2013). Synthesis, electrical and dielectric properties of (Na2O)0.5–(P2O5)0.5 glass. Journal of Alloys and Compounds, 577, 543-549.
4. [4] Schlenz, H., Reinauer F., Glaum, R., Neuefeind J., Brendebach, B. & Hormes, J. (2005). High-energy X-ray diffraction study of Ni-dopedsodium metaphosphate glasses. Journal of Non-Crystalline Solids, 351, 1014-1019.
5. [5] Moncke, D. & Ehrt D. (2004). Photoionization of As, Sb, Sn, and Pb in metaphosphate glasses. Journal of Non-Crystalline Solids. 345&346, 319-322.
6. [6] Zotov, N., Schlenz H., Brendebach B., Modrow H., Hormes, J., Reinauer, F., Glaum, R., Kirfel, A. & C. Paulmann, C. (2003). Effects of MnO-doping on the structure of sodium metaphosphate glasses. Zeitschrift für Naturforschung, 58a, 419-428.
7. [7] Jha, P. K., Pandey, O. P. & Singh, K. (2015). Structure and crystallization kinetics of Li2O modified sodium-phosphate glasses. Journal of Molecular Structure, 1094, 174-182.
8. [8] Sharma S., De M. & Jana S. (2018). Terbium doped sodium phosphate glass: A strong green emitting glass. Optik, 154, 576-580.

9. [9] Amir F. (2017). Atomic-level structural studies of rare-earth doped sodium phosphate glasses using high energy X-ray diffraction and complementary techniques, PhD Thesis, University of North Dakota, North Dakota.
10. [10] Ateş T., Keser S. & Kaygılı Ö. (2019). Ag katkılı NaPO3 camları: Sentez ve karakterizasyon. BEÜ Fen Bilimleri Dergisi. 8, 428-434.
11. [11] Kaygılı Ö. (2005). Radyasyonun cam-seramik maddelerin kristalleşme ve mekanik özellikleri üzerine etkisi. Yüksek Lisans Tezi, Fırat Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Elazığ.
12. [12] Cullity, B. D. (1978) Elements of X–ray Diffraction. 2nd Edition, Massachusetts, USA: Addison–Wesley Publishing Company, p. 102.
13. [13] Kaygili, O. (2014). Synthesis and characterization of Na2O–CaO–SiO2 glass–ceramic. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 117, 223-227.
14. [14] Abdelghanyi, A. M., El-Damrawi, G., Oraby, A. H. & Madshal, M. A. (2018). Optical and FTIR structural studies on CoO-doped strontium phosphate glasses. Journal of Non-Crystalline Solids. 499, 153-158.
15. [15] Jha, P. K., Pandey, O. P. & Singh, K. (2016). Non-isothermal crystallization kinetics of K2O modified sodium-phosphate glasses. Journal of Non-Crystalline Solids. 440, 76-84.
16. [16] Basak, A., Ramrakhiani, L., Ghosh, S., Sen, R. & Mandal, A. K. (2018). Preparation of chromium doped phosphate glass adopting microwave irradiation and comparative analysis of properties with conventional glass. Journal of Non-Crystalline Solids. 500, 11-17.
17. [17] Stefanovsky, S. V., Stefanovsky, O. I., Kadyko, M. I. & Nikonov, B. S. (2018). Sodium aluminum-iron phosphate glass-ceramics for immobilization of lanthanide oxide wastes from pyrochemical reprocessing of spent nuclear fuel. Journal of Nuclear Materials. 500, 153-165.
18. [18] Liu, J., Zhu, Y., Wang, F., Liao, Q., Zhu, H., Deng, Y. & Zhu, Y. (2018). Properties and structural features of iron sodium phosphate glasses containing neodymium oxide. Journal of Non-Crystalline Solids. 500, 92-97.