M.G. Garnica-Romo¹, J. M. Yáñez-Limón², J. González-Hernández², R. Zamorano-Ulloa³, D. Ramírez-Rosales³, S. Tirado-Guerra³

¹ Facultad de Ingeniería Mecánica, UMSNH, Santiago Tapia 403 col. Centro Morelia, Mich. México

² CINVESTAV Unidad Querétaro, Santiago de Querétaro, Qro. México

³ Departamento de Física Avanzada ESFM del IPN

Recibido: 14 de diciembre de 2006. ]]> Aceptado: 8 de febrero de 2007.

Resumen

Se prepararon recubrimientos sobre vidrio corning y polvos de SiO₂ con incorporación de Ag mediante el proceso Sol-gel. Las soluciones de partida para la obtención del SiO₂ se realizaron mezclando tetra-etil-ortosilicato, agua destilada y etanol en cuatro diferentes razones molares agua/tetra-etil-ortosilicato (3.3, 5.0, 7.5, y 11.7) en las cuales se incorporaron diferentes concentraciones de Ag vía nitratos para obtener los siguientes razones molares de Ag/SiO₂ en el producto final (0.025, 0.05 y 0.10). Las muestras fueron sometidas a tratamientos térmicos en el intervalo de 100 a 800°C. Los resultados experimentales muestran que durante los tratamientos térmicos se formaron diferentes especies de plata, tales como Ag₂⁺, Ag⁺, Ag⁰ y agregados metálicos. La caracterización del sistema se llevo a cabo por difracción de rayos-X, espectroscopia de emisión y resonancia paramagnética electrónica. Las especies de plata encontradas dependen de la estructura de la matriz de SiO₂ y del tratamiento térmico; así las muestras preparadas a partir de la solución cuya razón agua/tetra-etil-ortosilicato fue de 3.3 y 5.0, dieron lugar a una estructura de SiO₂ en la cual se favoreció la formación de partículas de Ag a bajas temperaturas. Las muestras preparadas con razones molares de agua/tetra-etil-ortosilicato de 7.5 y 11.7 dieron lugar a una estructura de la matriz de SiO₂, en la cual se observaron sitios de plata atómica, especies moleculares de Ag y un proceso de cristalización del SiO₂ en su fase α-cristobalita a baja temperatura.

Palabras clave: Recubrimientos; Polvos de SiO₂; Especies moleculares de Ag; Resonancia paramagnética electrónica; α-cristobalita.

Abstract

Coatings on glass corning and SiO₂ powders were prepared with incorporation of Ag particles using the sol-gel method. The starting solutions to obtain SiO₂ were prepared mixing tetra-ethyl-orthosilicate (TEOS), water and ethanol. Samples with four different H₂O/TEOS molar ratios (3.3, 5, 7.5 and 11.7, respectively) and with several nominal Ag concentrations incorporated by nitrates were prepared to obtain the following molar ratios of Ag/SiO₂ in the final product (0.025, 0.05 and 0.10). The samples were thermally treated in the range of 100 to 800°C. The experimental results shown that different species from silver were formed during the thermal treatment; such as Ag²⁺, Ag⁺, Ag⁰ and metallic aggregates. The characterization of the system was carried out by means of X-ray diffraction, emission spectroscopy and electron paramagnetic resonance (EPR). Each specific type of silver species observed was dependent of the SiO₂ matrix structure and on the thermal treatment; in that sense the samples prepared from precursor solutions with a H₂O/TEOS ratios of 3.3 and 5.0 they give place to a structure of SiO₂ matrix in which the formation of Ag particles at lower temperatures was promoted. Samples prepared from solutions with H₂O/TEOS ratios of 7.5 and 11.7 give place to a SiO₂ structure matrix in which was observed the formation of atomic and molecular species of Ag, and a process of crystallization of the SiO₂ in its α-cristobalite phase at low temperature.

Keywords: Coatings; SiO₂ powders; Molecular species of Ag; Electron paramagnetic resonance; α-cristobalite.

Referencias

[1] M. Nogami, in: L.C Klein (Ed) Sol-Gel optics: Processing and applications, (Kluwer Academic, Hingham, M.A., 1994). p. 329.         [ Links ]

[2] M. A. Villegas. Bol. Soc. Esp. Cerám. Vidrio 33, 181 (1994).         [ Links ]

[3] C.R. Bamford, Color Generation and control in glasses, (Elservier Science Publishing Company, Amsterdam, Oxford, New york, 1977), p. 48.         [ Links ]

[4] S.D. Stookey, G.H. Beall and J.E. Pierson, J. Appl.d Phys.49, 5114 (1978).         [ Links ]

[5] C.J. Brinker and G.W. Scherer. In Sol-gel Science, The Physics and Chemistry of Sol-Gel Processing ( Academic Press, Inc. 1990).         [ Links ]

[6] E.Borsella, E. Cattaruzza, G. De Marchi, F. Gonella, G. Mattei, P. Mazzoldi, A. Quaranta, G. Battaglin, R. Polloni, J. of Non-Cryst. Solids 245, 122 (1999).         [ Links ]

[7] M.A. García, S.E. Paje, J. Llopis, M.A. Villegas and J.M. Fernández Navarro. J. Phys. D: Appl. Phys., 32, 975 (1999).         [ Links ]

[8] Shaw-Kwen Ma. And Juh Tzeng Lue, Solid State Comm. 97, 979 (1996).         [ Links ]

[9] J. M. Yañez-Limón, J. F. Pérez-Robles, J. González-Hernández, R. Zamorano-Ulloa, D. Ramírez-Rosales. Thin Solid Films 373, 184 (2000).         [ Links ]

[10] J. M. Yañez-Limón, J. F. Pérez-Robles, J. González-Hernández, Y. V. Vorobiev, J. A. Romano, F. C. G. Gandra and E. C. Da Silva. J. of Sol-Gel Science and technology 18, 207 (2000).         [ Links ]

[11] J. F. Pérez-Robles, F. J. García Rodríguez J. M. Yañez-Limón, F. J. Espinoza-Beltran, Y. V. Vorovieb and J. González-Hernández. J. of Physics and Chemistry of Solids 60, 1729 (1999).         [ Links ]

[12] J. C. Phillips, Phys. Rev. B, 33, 4443 (1986).         [ Links ]

[13] M.G. Garnica-Romo, J. González-Hernández, M. A. Hernández-Landaverde, Y. Vorobiev, F. Ruiz and J.R. Martínez. J. Mat. Research 16, 2007 (2001)        [ Links ]

[14] R. Martínez-Mendoza, F. Ruiz, Y. V. Vorobiev, F. Pérez-Robles and J. González- Hernández, J. Chem. Phys., 109, 7511 (1998).         [ Links ]

[15] L..C. Klein Ann. Rev. Mater Sci. 15, 227 (1985).         [ Links ]

[16] R. A. Zhitnikov and D.P. Peregud. Sov. Phys., Solid State 17 1080 (1975).         [ Links ]

[17] Yu. N. Alenko, R. A. Zhitnikov, V. K. Krasikov and D. P. Peregud. Sov. Phys., Solid State 18, .902 (1976).         [ Links ]

[18] N.I. Mel'nikov, D.P. Peregood and R.A. Zhitnikov. J. of Non Crystaline of Sol 16, 195 (1974).         [ Links ]

[19] A.V. Dmtryuk. G.O. Karapetyan, and O.A. Yashcharzhinskaya, Sov. Phys. Solid State 27, 1066 (1998).         [ Links ]

[20] S.E. Paje, J. Llopis, M. A. Villegas and J. M. Fernández Navarro. Appl. Phys. A. 63, 431 (1996).         [ Links ]

[21] S.E. Paje, J. Llopis, M. A. Villegas, M. A. García and J. M. Fernández Navarro, Appl. Phys. A. 67, 429 (1998).         [ Links ]

[22] A. Meijerink, M.M.E. Van Heek and G. Blasse, J. Phys. Chem. Solids, 54, 901 (1993).         [ Links ]

[23] N.N. Vil'Chinskaya, A.V. Dmitryuk, E.G: Ignat'ev, G.T. Petrovskii and Savvina, Sov. Phys. Solid State 26, 497 (1984).         [ Links ]

[24] G. Swarnabala and M.V. Rajusekharan, Inorg. Chem. 28, 662 (1989).         [ Links ]

[25] J. Michalik, D. Brown, J.S. Yu, M. Danilczuk, J. Y. Kim and L. Kevan. Phys. Chem. Phys., 3, 1705 (2001).         [ Links ]

[26] B. Riegel, I. Hartmann, N. Kiefer, J. Grob, and J. Fricke, J. Non-Cryst. Sol. 211, 294 (1997).         [ Links ]