Westfälische Wilhelms-Universität Münster: Forschungsbericht 2003-2004 - Institut für Materialphysik

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2003 - 2004

 

 
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Forschungsschwerpunkte 2003 - 2004  
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Ionic Motion in Materials with Disordered Structures
Mixed cation effects in alkali alkaline-earth silicate glasses

 
Compared to the investigations conducted on mixed-alkali glasses which until today stimulate the discussion about the underlying microscopic jump mechanisms, little is known about the mobility of alkaline-earth ions in silicate glasses. This is surprising since many silicate glasses used for technical applications, such as the float glass produced by Pilkington plc. with 72 mol% SiO2, 13 mol% Na2O, 9 mol% CaO, and 4 mol% MgO, contain alkali and alkaline-earth oxides.

Diffusion of the radioactive isotopes 45Ca, 133Ba, and 85Sr in alkali alkaline-earth silicate glasses of compositions A2O·2MO·4SiO2 with A=Li, Na, K, Cs and M=Mg, Ca, Sr, Ba was investigated at temperatures below the respective glass-transition temperatures. The diffusion profiles of the radiotracers were recorded by means of an ion-beam sputtering technique in conjunction with activity measurements. Analysis of the radiotracer profiles is based on the thin-film solution of the diffusion equation and a contribution which reflects the instrumental broadening of the profiles caused by sputtering effects. The diffusion coefficients of the alkaline-earth ions were determined down to values of as low as 10-21m2s-1. Our diffusion data enables us to determine accurate values for the activation enthalpy of diffusion and the pre-exponential factor. The activation enthalpies reveal a distinct correlation with the radius ratio of the alkaline-earth ions to the alkali ions and show that the alkaline-earth ions are most mobile when the radii of the alkaline-earth and alkali ions are similar. Our results provide strong evidence that the faster alkali ions play an important role for the dynamics and the diffusion of the slower alkaline-earth ions.

Drittmittelgeber:

Deutsche Forschungsgemeinschaft (Sonderforschungsbereich 458)

Beteiligte Wissenschaftler:

HDoz. Dr. H. Bracht (project leader), Dipl. Phys. F. Natrup (Institut für Materialphysik, Universität Münster)
Dr. S. Murugavel, PD. Dr. B. Roling (Physikalische Chemie, Universität Münster)

Veröffentlichungen:

Jens-Uwe Krahmer:
Untersuchung der Diffusion von Alkaliionen in Alkali-Erdalkali-Silikatgläsern mit Hilfe der elektrischen Leitfähigkeitsspektroskopie
Diplomarbeit, Universität Münster, 2003

F. Natrup, H. Bracht, S. Murugavel, B. Roling:
Beweglichkeit der Erdalkaliionen in Misch-Alkali-Erdalkali-Silikatgläsern
Verhandl. DPG (VI) 38 (2003) 94

 

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