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Silver in low-melting alkali zinc borate glasses

  • Substitution of lead oxide in low-melting glasses, e.g., for application in silver metallization pastes, is a current research goal. This work is focused on the investigation of silver diffusion in alkali zinc borate glasses (X2O-ZnO-B2O3, X = Li, Na, K, Rb). In addition, the redox state of silver (Ag) and thus the type of diffusing silver species were studied. For this purpose, a metallic silver coating was applied on glass cubes by means of sputtering. Heat treatment of the samples was performed close to the glass transition temperatures at 470 °C for 2 h under air and nitrogen atmosphere. Coating thickness was 1.8 µm after heat treatment, measured by a white light interferometer. Silver diffusion profiles were measured by means of secondary neutral mass spectrometry. The silver diffusion coefficients are in the range of ~10-14 cm2/s and indicate no significant differences depending on the type of alkali ions in the glass. Dissolved Ag+-ions and [Agm]n+-clusters in the glasses wereSubstitution of lead oxide in low-melting glasses, e.g., for application in silver metallization pastes, is a current research goal. This work is focused on the investigation of silver diffusion in alkali zinc borate glasses (X2O-ZnO-B2O3, X = Li, Na, K, Rb). In addition, the redox state of silver (Ag) and thus the type of diffusing silver species were studied. For this purpose, a metallic silver coating was applied on glass cubes by means of sputtering. Heat treatment of the samples was performed close to the glass transition temperatures at 470 °C for 2 h under air and nitrogen atmosphere. Coating thickness was 1.8 µm after heat treatment, measured by a white light interferometer. Silver diffusion profiles were measured by means of secondary neutral mass spectrometry. The silver diffusion coefficients are in the range of ~10-14 cm2/s and indicate no significant differences depending on the type of alkali ions in the glass. Dissolved Ag+-ions and [Agm]n+-clusters in the glasses were differentiated using fluorescence spectroscopy. Precipitated metallic silver particles in the sodium containing glass were observed by means of transmission electron microcopy. Their mean particle diameter was ~6 nm.zeige mehrzeige weniger
  • Ein aktuelles Forschungsziel ist die Substitution von Bleioxid in niedrig schmelzenden Gläsern z.B. zur Anwendung in Silber-Metallisationspasten. Im Fokus steht hier die Untersuchung der Silberdiffusion in Alkali-Zink-Boratgläsern (X2O-ZnO-B2O3, X = Li, Na, K, Rb). Zudem wird der Redoxzustand des Silbers (Ag) und somit die Art der diffundierenden Silberspezies bestimmt. Hierzu wurde eine metallische Silberschicht mittels Sputterns auf Glaswürfel aufgebracht. Die Wärmebehandlung erfolgte nahe der Glasübergangstemperatur bei 470 °C über 2 h unter Luft und Stickstoffatmosphäre. Die Schichtdicke der Silberbeschichtung betrug 1.8 µm nach der Wärmebehandlung, gemessen mittels Weißlicht-Interferometer. Die Silberdiffusionsprofile wurden mittels Sekundär-Neutral-Teilchen-Massenspektrometrie gemessen. Die Diffusionskoeffizienten des Silbers liegen in der Größenordnung von ~10-14 cm2/s und unterscheiden sich nur gering in Abhängigkeit des Alkali-Ions im Glas. Mittels Fluoreszenz-SpektroskopieEin aktuelles Forschungsziel ist die Substitution von Bleioxid in niedrig schmelzenden Gläsern z.B. zur Anwendung in Silber-Metallisationspasten. Im Fokus steht hier die Untersuchung der Silberdiffusion in Alkali-Zink-Boratgläsern (X2O-ZnO-B2O3, X = Li, Na, K, Rb). Zudem wird der Redoxzustand des Silbers (Ag) und somit die Art der diffundierenden Silberspezies bestimmt. Hierzu wurde eine metallische Silberschicht mittels Sputterns auf Glaswürfel aufgebracht. Die Wärmebehandlung erfolgte nahe der Glasübergangstemperatur bei 470 °C über 2 h unter Luft und Stickstoffatmosphäre. Die Schichtdicke der Silberbeschichtung betrug 1.8 µm nach der Wärmebehandlung, gemessen mittels Weißlicht-Interferometer. Die Silberdiffusionsprofile wurden mittels Sekundär-Neutral-Teilchen-Massenspektrometrie gemessen. Die Diffusionskoeffizienten des Silbers liegen in der Größenordnung von ~10-14 cm2/s und unterscheiden sich nur gering in Abhängigkeit des Alkali-Ions im Glas. Mittels Fluoreszenz-Spektroskopie ließen sich gelöste Ag+-Ionen und [Agm]n+-Cluster nach der Wärmebehandlung unterscheiden. Zusätzlich konnten ausgeschiedene metallische Silber-Partikel im Natrium-enthaltenden Glas mittels Transmissionselektronenmikroskopie beobachtet werden. Diese haben einen mittleren Durchmesser von ~6 nm.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:Lina HeuserORCiD
Koautor*innen:Leonardo Agudo Jácome, Jutta Pauli, Marianne Nofz, Ralf Müller
Dokumenttyp:Vortrag
Veröffentlichungsform:Präsentation
Sprache:Englisch
Jahr der Erstveröffentlichung:2022
Organisationseinheit der BAM:1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien
1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien / 1.2 Biophotonik
5 Werkstofftechnik
5 Werkstofftechnik / 5.1 Mikrostruktur Design und Degradation
5 Werkstofftechnik / 5.6 Glas
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Angewandte Physik
Freie Schlagwörter:Alkali zinc borate glasses; Fluorescence spectroscopy; Silver cluster; Silver diffusion; Transmission electron microscopy
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Energie
Veranstaltung:Living Glass Surfaces XI - Year of Glass
Veranstaltungsort:Ilmenau, Germany
Beginndatum der Veranstaltung:14.09.2022
Enddatum der Veranstaltung:15.09.2022
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei im Netzwerk der BAM verfügbar ("Closed Access")
Datum der Freischaltung:06.10.2022
Referierte Publikation:Nein
Eingeladener Vortrag:Nein
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