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Síntesis y caracterización del compósito Poly (ethylene glycol) PEG/v2o5

Londoño Calderón, César Leandro (2010) Síntesis y caracterización del compósito Poly (ethylene glycol) PEG/v2o5. Maestría thesis, Universidad Nacional de Colombia - Sede Manizales.

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Resumen

Se sinterizó películas de PEGx/V2O5 variando la razón molar del polímero x= 0;2; 0;4; 0;6; 0;8; 1, sobre sustratos de vidrio previamente tratados. Se crecieron inicialmente películas de V2O5nH2O, sobre sustratos de vidrio comercial, para determinar las condiciones óptimas para la síntesis del compósito. Se implementó y configuró un conjunto de instrumentación electrónica para realizar mediciones de resistividad eléctrica en función de la temperatura basados en la técnica de cuatro puntas de van der Pauw. En la obtención del sol precursor (pentóxido de vanadio hidratado) se empleó el método de sol-gel (ruta del ácido peroxovanádico). Se evaluaron las propiedades estructurales, vibracionales, ópticas y eléctricas en función de la concentración del precursor en polvo (��-V2O5) a 55mM y 101mM, y del tiempo de envejecido del sol precursor (para los días 3, 5, 7, 9 y 11 posterior a la reacción). Las películas PEGx/V2O5, fueron obtenidas mezclando el sol precursor (V2O5.nH2O) a una concentración de 101mM, y para un tiempo de crecimiento de 9 días, con poly(ethylene glycol), PEG, de peso molecular 10.000. Los compósitos fueron caracterizados utilizando difracción de rayos-X (XRD), espectroscopía �-Raman, espectrofotometría UV-Visible, calorimetría diferencial de barrido (DSC) y el equipo implementado. El análisis de los resultados para las películas de V2O5.nH2O, sugieren una fuerte dependencia entre el tipo de estructura (cristalina-amorfa) y la concentración del óxido de vanadio en polvo, que probablemente es debido a un aumento en la velocidad de nucleación y cristalización (entre mayor sea la concentración del precursor en polvo, más rápida es la formación de los nanocristales). El grado de hidratación del gel n, aumenta con el tiempo de gelación del sol precursor hasta un valor de saturación, al igual que la calidad cristalina de las películas. A partir de espectroscopía �-Raman fue posible determinar la presencia de una fase tensionada compresivamente a lo largo del plano cristalográfico a-b, una fase amorfa y la presencia de iones V4+ y V5+, importantes para la descripción de las propiedades de transporte. Los espectros de absorción óptica, revelaron una energía de brecha prohibida (Band-Gap), del tipo indirecto (asistido por un fonón), cuyo valor se ve levemente modificado por los cambios estructurales y vibracionales mencionados anteriormente. Mientras que las propiedades eléctricas presentaron un comportamiento acorde con el modelo del pequeño polarón, con una leve dependencia de la temperatura de transición (polarones enlazados y libres) respecto al grado de hidratación del gel. Los análisis de los resultados del compósito PEGx/V2O5, revelaron una estructura predominantemente dominada por la del precursor polimérico (un resultado inusualmente reportado en la literatura para este tipo de compuestos), con la aparición de dos nuevos picos de difracción aún sin identificar. Las películas presentan un cambio en la orientación preferencial de crecimiento, respecto al PEG en polvo, cuya distancia interplanar presenta una disminución en función del aumento en la concentración del polímero. El tamaño de cristalito determinado fue casi constante y es mucho mayor al del poly(ethylene glycol) en polvo, sugiriendo un mejoramiento en la calidad cristalina del compósito obtenido. Los resultados Raman, corroboraron los obtenidos por XRD, asociados a los modos vibracionales del precursor polimérico principalmente y algunos modos asociados con el V2O5, que verificaron la presencia de los compuestos en forma de compósito y sugiere una alta sensibilidad de la estructura del pentóxido de vanadio a la concentración del PEG. Las películas presentaron una alta sensibilidad a la radiación de haz, caracterizada por una degradación de las muestras, efecto que no fue visualizado para ninguno de los compuestos precursores. Los termogramas DSC del compósito mostraron una transición vítrea, una exoterma de cristalización (que no se visualiza para los precursores en polvo), una endoterma de fusión del agua (presente en el sol precursor) y una endoterma de fusión asociado al PEG, cada uno de estos procesos térmicos, fue analizado en función de la concentración del precursor polimérico en polvo. Las propiedades eléctricas del compósito, presentaron un doble comportamiento en función de la temperatura, caracterizado por una región semiconductora y metálica. Los resultados obtenidos, sugieren una incorporación favorable del polímero al óxido hasta una concentración de 0;6 en razón molar. A partir de dicho valor, se crea un proceso de saturación el cual no permite una mezcla homogénea del compósito, e incide sobre la conductividad eléctrica, la energía de activación, la temperatura de transición eléctrica y la temperatura de cristalización que se relaciona con las propiedades estructurales y vibracionales, del compósito sinterizado, Abstract: PEGx/V2O5 films were grown by varying the polymer molar ratio x = 0;2; 0;4; 0;6; 0;8; 1, on glass substrates previously treated. Initially, V2O5.nH2O films were grown on glass substrates in order to determine the optimal conditions for the composite synterization. Electronic instrumentation was implemented and configured for electrical resistivity measurements as a function of temperature, based on the 4-point Van der Pauw technique. To obtain the precursor sol (hydrated vanadium pentoxide) the sol-gel method (peroxovandic acid route) was used. The structural, vibrational, optical and electrical response were evaluated as a function of the concentration of powder (�-V2O5) to 55mM and 101mM and the aging time of sol precursor (for the days 3, 5, 7, 9 and 11 after the reaction). PEGx/V2O5 films were obtained by mixing the precursor sol (V2O5.nH2O) at 101mM and for a growing time of 9 days after the reaction with poly(ethylene glycol), PEG, with molecular weight 10.000. The composites were characterized by using X-ray diffraction (XRD), �-Raman spectroscopy, UV-Visible spectrophotometry, Differential Scanning Calorimetry (DSC) and the implemented equipment. The obtained results for V2O5.nH2O films suggest a strong dependence between the type of structure (crystalline-amorphous) and the vanadium oxide powder concentration, which is probably due to the increasing of the rate of nucleation and crystallization (the higher concentration precursor powder, the faster nanocrystals formation is). The n-gel hydration degree increases with sol precursor gelation time until a saturation value, as well as the quality of crystalline films. �-Raman spectroscopy allows us to determine the presence of a compressive phase along the a-b crystallographic plane, an amorphous phase and the presence of V4+ and V5+ ions, which are important in transport properties. Optical absorption spectra revealed a band gap energy of the indirect type (assisted by a phonon), which value is slightly modified by the structural and vibrational changes previously mentioned, while the corresponding electrical properties are consistent with the small polaron model, the transition temperature exhibits a slight dependence with respect to the degree of gel hydration. PEGx/V2O5 composite characterization revealed a structure dominated by the polymeric precursor structure (an unusual result reported in the literature for this type of compounds), since two new diffraction peaks still unidentified emerged. Films show a change in preferential orientation of growth, compared to PEG powder, which interplanar distance, shows a decrease due to the increasing in the concentration of polymer in question. The crystallite size measured was almost constant and much higher than the poly (ethylene glycol) powder, suggesting an improvement in crystalline quality of the composite obtained. Raman results corroborated those obtained by XRD, relating to the vibrational modes mainly due to polymeric precursor and some associated with V2O5, which confirmed the presence of the compounds in composite form and suggests a high sensitivity of the vanadium pentoxide structure to the PEG concentration. Films showed high sensitivity to radiation, which is characterized by a degradation of the samples, an effect that was not displayed for any of the precursor compounds. DSC thermograms showed a glass-type transition, a crystallization exotherm (not displayed for the precursor powder), a melting water endotherm (present in the sol precursor) and a melting endotherm associated to PEG, each of these processes was analyzed as a function of the concentration of polymeric precursor powder. The composite electrical properties showed a semiconductor-metal behaviour as a temperature function. The results obtained suggest a favorable addition of the polymer to the oxide up to a concentration of 0;6 in molar ratio. After (for bigger concentration values)this value, a saturation process takes place wich does not allow the formation of homogeneous mixture of the composite, and affects the electrical conductivity, the activation energy, the electric transition temperature, the crystallization temperature and the structural and vibrational properties of the sintered composite

Tipo de documento:Tesis/trabajos de grado - Thesis (Maestría)
Colaborador / Asesor:Jurado, Fabián
Palabras clave:PEGx/V2O5, V2O5�nH2O, V2O5, PEG, XRD, �-Raman, UV-Vis, van der Pauw, DSC, Espectrofotometría, Spectrophotometry
Temática:5 Ciencias naturales y matemáticas / Science > 54 Química y ciencias afines / Chemistry
6 Tecnología (ciencias aplicadas) / Technology > 62 Ingeniería y operaciones afines / Engineering
Unidad administrativa:Sede Manizales > Facultad de Ciencias Exactas y Naturales > Departamento de Física y Química
Código ID:3585
Enviado por : Biblioteca Digital Universidad Nacional de Colombia - Sede Manizales
Enviado el día :01 Junio 2011 13:43
Ultima modificación:30 Apr 2014 15:16
Ultima modificación:30 Apr 2014 15:16
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