Estudio sobre el efecto del óxido de vanadio en vidrios de fosfato de calcio por Raman, IR y UV-vis la espectroscopia

Estudio sobre el efecto del óxido de vanadio en vidrios de fosfato de calcio por Raman, IR y UV-vis la espectroscopia

Palabras clave: Materiales de fosfato de calcio; vanadio; IR; Raman; UV-vis

Resumen: 

Se preparó y analizo  vanadio dopado con materiales de vidrio de fosfato de calcio con un contenido de V2O5 progresiva por Raman, espectroscopia IR y UV-vis. Los cambios inducidos por la presencia de diferentes cantidades de vanadio
iones y observado en los espectros fueron discutidos en relación con las modificaciones estructurales de la red de vidrio. Se prestó especial atención a la doble función ejercida por los iones de vanadio, el del fuerte agente modificador de bajo contenido de vanadio (menos de 10% en moles) y la de la red formador de vidrio para alto contenido de vanadio (mayor de 20% en moles). La preparación y la caracterización de los materiales utilizando ex óxidos no convencionales
como el óxido de vanadio puede ser considerado como un nuevo comienzo en el campo de la ciencia de los materiales.

Introducción

Vidrios de fosfato de vanadio continúan presentando un alto interés para
los investigadores en el campo de la ciencia de los materiales, principalmente debido a su aplicación potencial. Se demostró en la literatura de que tales materiales exhiben comportamiento semiconductor [1-3], bajo coeficiente termo-óptico y grandes características de emisión que los hacen adecuados para
dispositivos láser [4], pero por encima de todas estas propiedades, es esencial subrayar que la mayoría de los materiales de calcio-fosfato son biocompatibles
y puede ser utilizado como biomateriales [5-7]. Además, vanadio añadió
en la red de fosfato de calcio puede ser un agente activo en ayudar
el metabolismo del cuerpo, lo que ayuda en el crecimiento de los huesos, aunque este metabolismo que todavía no está completamente entendido [8,9]. El tema es importante y representa uno de nuestros intereses de investigación constantes. Aún más, la adición de vanadio en la red de calcio-fosfato mejora la química
durabilidad de los materiales como se conoce de la literatura [10].

Las propiedades de los materiales de fosfato se determinan por drásticamente
el tipo de catión modificador y por el grado de despolimerización de la
red de fosfato y este es el objetivo de nuestro estudio. Vítreo
P2O5has una red tridimensional de acumulación con PO4 tetraedros interconectados por tres de sus cuatro esquinas. El cuarto está ocupado
por el terminal átomo con doble enlace de oxígeno. Al introducir el cristal
modificador de la red una despolimerización de P2O5 esqueleto vítreo parece conducir a la ruptura de P-O P-fianza y la formación de átomos de oxígeno terminal. xV2O5 (100-x) [P2O5 · CaO] materiales de vidrio con 0≤x≤40% molar consiste en un polímero como la estructura de tetraedros regulares basado en grupos PO4linked, interrumpido por el modificador de vidrio iones, vanadio y los iones de calcio en nuestro caso. La estructura básica de vidrios de fosfato está representado por tetraedros de PO4. La terminología utilizada para describir las unidades tetraédricas es el llamado Qn notación, donde "n" representa el número de puente átomos de oxígeno (BOS) por tetraedros PO4. El P2O5structure vítreo pura se caracteriza por Q3 tetraedros que tiene tres átomos de oxígeno de unión y un doble enlace P==O oxígeno, formando una red tridimensional reticulada [11].
El pentóxido de vanadio V2O5, como P2O5 se considera que es una red no convencional anterior y, en consecuencia vidrios de fosfato
dopado con vanadio se puede sintetizar con un alto contenido de V2O5
(incluso más que 50% en moles) [12]. Óxidos tales como V2O5, Bi2O3, WO3, y
TeO2 no forman vidrio por su cuenta, pero mezclado con formadores convencionales se convierten en formadores de vidrio para las redes de vidrio mejor estructurados [13]. Por otro lado, los iones de Ca como 2+ puede jugar un papel consistente en la modificación de la red de fosfato [14].

Son posibles diferentes estados de valencia de vanadio en vidrios de fosfato, como existe vanadio [15-17] bajo la forma de V3 +, V4 y V5 + +. Los iones de vanadio trivalente normalmente existen en coordinación octaédrica distorsionada con el oxígeno y presentan dos bandas de absorción características  de 350-400 nm, 580-680 nm y una tercera banda y posible en el UV región de origen de la transferencia de electrones dentro del vanadio de iones en sí. Los iones de vanadio tetravalente se supone que existe como vanadilo iones [VO 2 +] y exhiben cuatro bandas débiles característicos a aproximadamente 420 nm, 760 a 860 nm y 1000 nm ~ además de una posible banda de UV [18,19]. Los iones de vanadio pentavalente se corresponden con el d ° de configuración y por lo tanto no va a dar lugar a d-d transiciones sino dar una banda de transferencia de carga característica a ~ 380 nm [18,19]. La relación de cada valencia de los iones de vanadio en un vaso generalmente depende de la tipo y composición de las respectivas condiciones de vidrio y de fusión. Nuestros estudios anteriores con respecto a la estructura local de iones de vanadio en calcio-fosfato vidrios usando espectroscopia EPR han demostrado que estos iones están presentes como iones de vanadilo en una C4vsymmetry [20,21]. El presente trabajo es un intento de demostrar con la ayuda de Raman, IR y UV-vis técnicas espectroscópicas que la introducción progresiva de iones de vanadio en la red de fosfato de calcio de la vasos estudiados conduce a la formación de V-O-P y V-O-V nuevo bonos y de una evolución con respecto al papel de V2O5from sencilla modificador de cristal formador de red.

Experimental

Los materiales de partida utilizados en la presente investigación fueron (NH4) 2HPO4, CaO y P2O5 de pureza de grado reactivo. Las muestras se prepararon pesando proporciones adecuadas de los componentes, la mezcla en polvo y mezcla de fusión en crisoles de corindón sinterizado a 1250 ° C durante 30 min. Las mezclas se ponen en el horno directamente a esta temperatura. Las muestras de vidrio obtenidos se inactivaron mediante el vertido de vidrio fundido en placas de acero inoxidable. Raman espectros se obtuvieron con un sistema de Horiba Jobin Yvon
equipado con microscopio óptico Olympus BX41, una rejilla de 1,800
ranuras por mm y enfriador Peltier-CCD. Se obtuvieron los espectros
bajo uso de la línea de emisión 632,8 nm de un láser de helio-neón. los
potencia del láser era de aproximadamente 1,5 mW (lo suficientemente bajo como para evitar cualquier alteración de la muestra o la descomposición). La resolución espectral fue de alrededor de 1,3 cm-1 y la precisión de número de onda fue de 0,5 cm -1. Tres múltiples mediciones por muestra se realizaron para comprobar el potencial micras alcance heterogeneidad y para los efectos de la orientación de la muestra. Los espectros de IR se registraron con un espectrómetro / DSP Bruker IFS66 en 400-2000 cm-1 rango, utilizando la técnica de KBr anhidro para evitar
modificaciones estructurales causados ​​por la humedad ambiente. La resolución
de los espectros de IR es de 2 cm-1. La estructura de las muestras se analizó por medio de difracción de rayos X usando un difractómetro de rayos X Bruker D8 Avanzada  Difractómetro de rayos X con un grafito monocromador para αradiation CuK con λ = 1,54 Å. El incremento θ para las mediciones fue de 0,1 °. El patrón obtenido no reveló cualquier fase cristalina en todas las muestras (Fig. 1).
Respuesta óptica de las muestras se estudió mediante el uso de espectros de absorción UV-vis grabado desde un JASCO V570 UV-vis-NIR Espectrofotómetro equipado con medición de la reflectividad absoluta JASCO ARN-475 accesorio  La transformación de los espectros de reflectancia en el espectro de absorbancia se obtuvo con un interno suave del aparato

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