Estudo da incorporação de particulas metálicas em vidros fosfato contendo tungstênio

Abstract

Vidros no sistema binário NaPO3-WO3 vem despertando intenso interesse acadêmico e tecnológico devido as suas propriedades ópticas promissoras tais como fotocromismo, termocromismo e eletrocromismo, bem como altos índices de refração não-lineares. Contudo, um estudo de inclusão de nanopartículas metálicas nestes vidros ainda não foi desenvolvido, o que poderia potencializar as suas aplicações já conhecidas. Neste trabalho, foram obtidos vidros no sistema NaPO3-WO3-Ag2O, em que a concentração de óxido de tungstênio foi mantida fixa a 50% em mol, e variou-se a concentração de prata. A presença das nanopartículas de Ag em vidros submetidos a tratamento térmico foi confirmada por Microscopia Eletrônica de Transmissão, em que foi obtido o tamanho médio das partículas em função da concentração de Ag. No sistema estudado, foi confirmada a presença das unidades estruturais constituintes do sistema binário NaPO3-WO3, utilizando-se diversas técnicas espectroscópicas. A coloração dos vidros depende da concentração de prata incluída no sistema, em que as concentrações mais baixas (5-10% em mol) apresentam coloração vermelha, e em vidros contendo 12,5 a 20% em mols do metal apresentam coloração amarela. A fim de elucidar as diferenças entre estes domínios de concentração e coloração, diversas espectroscopias foram utilizadas, incluido Espectroscopia de Fotoelétrons induzida por raios- X (XPS), a qual permitiu concluir que todas as amostras possuem apenas tungstênio no seu estado mais oxidado (W+6), estando apenas “parcialmente” reduzido pela influência da prata nas amostras. Sugere-se que as diferenças entre os vidros então se devam principalmente na influência das ressonâncias de plasmon apresentadas pelas nanopartículas metálicas, sendo estas confirmadas por Espectroscopia Eletrônica na região do UV-Vis.

Glasses in binary system NaPO3-WO3 are of great interest due to its promising optical properties, such as photochromism, thermochromism and electrochromism, as well as high non-linear refraction index. However, a study concerning metallic nanoparticle inclusion into these glasses has not been reported yet. In this work, glasses in the system NaPO3-WO3-Ag2O were prepared keeping tungsten oxide concentration constant at 50% mol concentration rate and varying silver concentration. Glass samples submitted to adequate thermal treatment shown the presence of Ag nanoparticles confirmed by Transmission Electron Microscopy, which allowed to determine nanoparticle average size versus Ag concentration. In this system, the constituting structural units of the binary system NaPO3-WO3 were confirmed by several spectroscopic techniques. The coloration of glasses is directly correlated to silver concentration, showing a red color at lower amount of silver (5-10% mol) and yellowish for silver concentration in the range from 12.5 to 20% mol. To understand this behavior, several spectroscopy techniques were used, including X-Ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), indicating the presence of tungsten only in its most oxidized form (W+6) been only “partially” reduced by the influence of silver. We suggest that the difference between the glasses arise mostly on plasmon resonance of the metallic nanoparticles, confirmed by UV-Vis Electronic Spectroscopy.