Elaboration, Caractérisation et Etude des Propriétés Electriques et Diélectriques des Verres de Phosphate Dopés aux Terres Rares: Effet du Rayon Ionique des Cations Dopant // Elaboration, Characterization and Study of the Electrical and Dielectric Properties of Rare Earth Doped Phosphate Glasses: Effect of the Ionic Radius of Dopant Cations

Abstract

تهدف هذه الأطروحة إلى دراسة تأثير نصف القطر الأيوني للكاتيونات المشوبة (المطعمة) على الخواص الكهربائية والعازلة للزجاج .(M = Ce, PrوEuمع ) (x = 0 (%مول1 و Na2-3xMxZnP2O7 الفسفاتي المطعم بالمعادن الترابية النادرة ذات التركيب ،(Ce3+إلى Eu3+من) أظهرت النتائج أنه بزيادة نصف القطر الأيوني للكاتيونات تتناقص الناقلية وتزداد طاقة التنشيط ،Eu3+ ربما بسبب عدم التطابق في حجم المطعمات. ويمكن أن يعزى هذا السلوك إلى إزالة بلمرة الشبكة الزجاجية بواسطة مما يؤدي إلى انخفاض طاقات الترابط الكهروستاتيكية والإجهاد، مما يسهل مرور أيونات الصوديوم. (σac α ωs) تابعية الناقلية في التيار المتردد على التردد يخضع لقانون قوة جونشر مع زيادة درجة الحرارة، مما يشير إلى أن آلية توصيل التيار المتردد تتبع نموذج قفز الحاجز المرتبط (s) تتناقص قيم أس التردد .(CBH) علاوة على ذلك، فإن انخفاض ثابت العزل الكهربائي مع حجم أيونات المعادن الترابية النادرة يشير إلى زيادة في درجة الصلابة الكهربائية في البنية الزجاجية.

This thesis aims to study the effect of the ionic radius of dopant cations on the electrical and dielectric properties of a rare earth-doped phosphate glass of composition Na2–3xMxZnP2O7(x = 0 and 1 mole %) (with M = Ce, Pr, and Eu). The results have revealed that the conductivity decreases and the activation energy increases with the ionic radii of the cations (from Eu3+ to Ce3+), probably due to the mismatch in dopant size. This behaviour could be attributed to the depolymerization of the glass network by Eu3+, leading to a decrease in electrostatic bonding energies and stress, facilitating the passage of sodium ions. The frequency dependence of the alternating current conductivity follows the Jonsher power law (σ_ac αω^s). The values of the frequency exponent (s) decrease with increasing temperature, suggesting that the alternating current conduction mechanism follows the Correlated Barrier Hopping (CBH) model. Furthermore, the decrease in dielectric constant with the size of the rare earth ion suggests an increase in the degree of electrical rigidity in the glass structure.

Cette thèse a pour objectif d’étudier l’effet du rayon ionique des cations dopants sur les propriétés électriques et diélectriques d’un verre de phosphate dopé aux terres rares de composition Na2–3xMxZnP2O7 (x =0 et 1 mole %) (avec M = Ce, Pr et Eu). Les résultats ont révélé que la conductivité diminue et l'énergie d'activation augmente avec les rayons ioniques des cations (de l’Eu3+ à Ce3+) probablement en raison du désaccord de la taille du dopant. Ce comportement pourrait être attribué à la dépolymérisation du réseau de verre par Eu3+. Cela induit la diminution des énergies de liaison électrostatique et de contrainte facilitant le passage des ions sodium. La dépendance en fréquence de la conductivité en courant alternatif suit la loi de puissance de Jonsher (σ_ac αω^s). Les valeurs de l'exposant de fréquence (s) diminuent avec l'augmentation de la température. Cela suggère que le mécanisme de conduction en courant alternatif suit le modèle de saut de barrière corrélé (CBH). De plus, la diminution de la constante diélectrique avec la taille de l'ion des terres rares suggère une augmentation du degré de rigidité électrique dans la structure vitreuse.