Synthesis, Characterization and Study of Structural and ElectricalProperties of a New Phosphate Glass Material of Type Na2-xTlxZnP2O7 // التحضير، التوصيف ودراسة الخصائص الهيكلية والكهربائية لمادة زجاجية فوسفاتية جديدة من نوع Na2-xTlxZnP2O7

Abstract

تم تحضيرزجاج فوسفات الصوديوم والزنك المطعم بـ Tl₂O، ذوالتركيب (Na₂₋ₓTlₓZnP₂O₇) (حيث x = 0، 0.005، 0.01،و 0.015)،باستخدام طريقة إخماد الانصهار. وُصِفت بنية المواد وخواصها الكهربائية باستخدام التحويل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء (FTIR) ومطيافية الممانعة المعقدة (CIS).تكشف أطيافFTIR أن إضافة أيونات Tl⁺يؤدي إلى تعديلات ملحوظة في الأوضاع الاهتزازية للشبكة الزجاجية ، وخاصةً تلك المرتبطة بمجموعات P-O-P،مما يُشير إلى تعزيز بلمرة الشبكة الفوسفاتية. ويعود هذا التغيير إلى نصف القطر الأيوني الكبيرنسبيًا لأيونTl⁺،مما يساهم في تصلب البنية الزجاجية .تؤكد قياسات الموصلية التي أُجريت بين10⁻²هرتزإلى 1 ميجاهرتز في نطــاق 293 إلى 473 كلفن، سلوكًا يتبع أرهنيوس في التوصيل الكهربائي ، مع اعتماد واضح على تركيز الثاليوم . يقلل إدخال أيونات Tl⁺منحركة أيونات Na⁺، نتيجة زيادة صلابة الشبكة . يُظهر تحليل بيانات موصلية التيارالمتردد باستخدام أُسّج ونشر (S)،أن هذا المعامل يتغير حسب درجة التفاعل بالشوائب ، مما يأكد أن نموذج القفز عبر الحواجز المترابطه (CBH) كآلية التوصيل السائدة .من ناحية العازلية ،ينخفض ثابتالعزل الكهربائي مع زيادة التردد ، ويميل نحو الاستقرار عند الترددات العالية. ومع ذلك ، تؤدي زيادة محتوي الثاليوم إلى زيادة ملحوضه في ثابت عند الترددات المنخفضة ودرجات الحرارة العالية ، مما يشيرإلى تكوين وحدات هيكلية جديدة في الشبكة الزجاجية . يؤدي إضافة الثاليوم إلى تعديل كبير في الخصائص البنيوية والكهربائية والعازلية للزجاج ، مما يجعل هذه المواد مرشحة واعدة للتطبيقات في المكثفات عالية الطاقة ، حيث يصبح التحكم في الثوابت العازلة والتوصيلية أمرًا ضروريًا

Sodium–zinc phosphate glasses doped with Tl2O, of composition Na2-xTlₓZnP₂O₇ (x = 0, 0.005, 0.01, and 0.015), were prepared by the melt-quenching method. The structure and electrical properties of the samples were characterized by Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) and complex impedance spectroscopy (CIS). FTIR spectra reveal that the incorporation of Tl+ induces significant modifications in the vibrational modes of the glass network, particularly those associated with P-O-P groups, suggesting an enhancement of phosphate network polymerization. This evolution is attributed to the relatively large ionic radius of Tl⁺, which contributes to the strengthening of the glass structure. Conductivity measurements, carried out over the frequency range 10-2 Hz to 1 MHz and temperatures from 293 to 473 K, confirm an Arrhenius-type behavior with a marked dependence on thallium concentration. The introduction of Tl+ reduces the mobility of Na+ions, ascribed to the increased rigidity of the network. Analysis of the AC conductivity data using Jonscher’s power law exponent (s) highlights a doping-dependent variation, validating the correlated barrier hopping (CBH) model as the dominant conduction mechanism. Regarding dielectric behavior, the dielectric constant decreases with frequency and stabilizes at high frequency. Conversely, at low frequency and elevated temperatures, increasing Tl2O content leads to a significant rise in the dielectric constant, likely due to the formation of new structural units within the vitreous network. Thus, thallium doping induces substantial modifications in the structural, electrical, and dielectric properties of the glasses, making them promising candidates for high-energy capacitor applications, where control over dielectric and conductivity properties is crucial

Des verres de zinc de phosphate de sodium dopés au Tl2O, de composition Na2-xTlₓZnP₂O₇ (avec x = 0, 0,005, 0,01 et 0,015), ont été préparés par trempe à l'état fondu. La structure et les propriétés électriques des échantillons ont été caractérisées par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) et spectroscopie d'impédance complexe (SIC). Les spectres FTIR révèlent que l'introductionde Tl+ induit des modifications notables des modes vibrationnels du réseau de verre, notamment ceux liés aux groupes P-O-P, ce qui suggère une renforcement de la polymérisation du réseau phosphate. Cette évolution est attribuée au rayon ionique relativement grand de l’ion Tl+, qui contribue à la solidification de la structure du verre. Les mesures de conductivité, effectuées entre 10-2 Hz et 1 MHz dans la gamme 293 à 473 K, confirment un comportement obéissant à lad’Arrhenius,avec une dépendance marqué à la concentration en thallium. L'introduction de Tl+réduit de la mobilité des ions Na+, due à l'augmentation de la rigidité du réseau. L'analyse des données de conductivité électrique alternative, à travers l'exposant de la loi de puissance de Jonsher(s), met en évidence une variation en fonction du dopage, confirmant le modèle du saut de barrière corrélé (CBH) comme mécanisme dominant. Sur le plan diélectrique, la constante diminue avec la fréquence et tend vers une valeur stable à haute fréquence. Par contre, à basse fréquence et température élevée, l’augmentation de la teneur en Tl2O entraine une élévation notable de la constante, suggérant la formation de nouvelles unités structurales dans le réseau vitreux. Ainsi, Le dopage au thallium induit des modifications significatives des propriétés structurelles, électriques et diélectriques des verres, faisant ces verres comme de bons candidats prometteurs pour des applications dans des condensateurs à haute énergie, où le contrôle des constantes diélectriques et de la conductivité est essentiel