Publicado

2016-09-01

Thermal dielectric and Raman studies on the KNO3 compound high-temperature region

Estudios térmicos dieléctricos y Raman del compuesto KNO3 en la región de alta temperatura

Palabras clave:

ionic conduction, impedance spectroscopy, Raman spectroscopy (en)
conducción iónica, espectroscopia de impedancia, espectroscopia Raman (es)

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Autores/as

Calorimetric measurements for a heating-cooling cycle determine the transition temperature and enthalpy of the phases present in the KNO3compound. The effects correlated within the ionic conduction of the KNO3 compound were studied by impedance spectroscopy measurements in a frequency range from 0.1 to 10 MHz for a cooling cycle. The imaginary part of the impedance with a frequency between 200 and 100°C showed a displacement of the Debye-like peak in the lower frequency direction. This displacement indicates an increase in the relaxation times of ionic conductivity by jump. In the dielectric formalism module, the imaginary part showed an asymmetric peak as a correlation consequence in the cationic diffusion. Also the registers demonstrated that the process is thermally activated, with activation energy that is very close to the one obtained for dc conduction. From these results, it can be inferred that both, diffusion and conductivity mechanisms have the same origin. The Raman spectroscopy measurements, based on temperature (when cooling), allowed for correlation on each of the adopted phases and for changes in normal active modes of the isolated groups D2h through the evolution of the active modes ν3 and ν2.
Medidas DSC para un ciclo de enfriamiento-calentamiento permiten determinar las temperaturas y entalpías de transición de fases del compuesto KNO3. Efectos correlacionados en la conducción iónica del compuesto KNO3, fueron estudiados por medidas de espectroscopia de impedancia en el rango de frecuencia de 0.1 a 10 MHz, para un ciclo de enfriamiento desde 200 a 100°C. La tendencia de la impedancia parte imaginaria con la frecuencia y la temperatura, mostró un desplazamiento del pico “Debye-like” hacia la región de menor frecuencia, este corrimiento indica un aumento en los tiempos de relajación en la conducción iónica por salto. El módulo dieléctrico parte imaginaria, mostró un pico asimétrico como consecuencia de correlaciones en la difusión catiónica, así también, se evidencia que el proceso es térmicamente activado con energía de muy próxima a la obtenida para la conducción dc. Los resultados apuntan a inferir que los dos mecanismos de difusión y conductividad tienen el mismo origen. Medidas de espectroscopia Raman en función de la temperatura (enfriando), permitió correlacionar en cada una de las fases adoptadas los cambios en los modos activos normales de los grupos aislados D2h, a través de la evolución de los modos activos ν3 y ν2.

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Citas

Megahid, N.M., Field dependence of electrical conductivity of powder compacts of (KNO3)1-xCux mixtures, Egyto J.Sol., [Online]. 25, pp. 125-136, 2002. Available at: http://egmrs.powweb.com/EJS/PDF/vo251/125.pdf.

Bartholomew, R.F., A study of the equilibrium KNO3--KNO2(l)+1/202(g) over the temperature range 550-750°C, J.Phys. Chem., [Online]. 72(1), pp. 3442-3446, 1966. Available at: http://pubs.acs.org/toc/jpchax/70/11

Dabra, N., Hundalw, J.S., Sekhar, K.C., Nautiyal, A. and Nath, R., Ferroelectric phase stability studies in spray deposited KNO3: PVA composite films, J. Am. Ceram. Soc., 92(4), pp.834-838, 2009. DOI: 10.1111/jace.2009.92.issue-4/issuetoc

Aquino-Olivos, M.A., Jean-Pierre, E. Grolier, S.L. Randzio, A., Aguirre-Gutiérrez, J. and Garcia-Sanchez, F., Transitiometric determination of the phase diagram of KNO3 between (350 and 650) K and at pressures up to 100 MPa, J. Chem. Eng. [Online]. 55, pp.5497-5503, 2010. Available at: http://pubs.acs.org/toc/jceaax/55/12

Baryshnikov, S.V., Charnaya, E.V., Yu, A., Milinskiі, E., Stukova, V., Cheng, T. and Michel, D., Dielectric properties of crystalline binary KNO3–AgNO3 mixtures embedded in nanoporous silicate matrices, Physics of the Solid State, 52(2), pp. 392-396, 2010.

Xu, K., Application of Raman in phase equilibrium studies: The structures of substitutional solid solutions of KNO3 by RbNO3, J. Mat. Science, 34, pp. 3447-453, 1999.

Kumar, N. and Natha, R., Ferroelectric properties of potassium nitrate-polymer composite films, J. Pure Appl. & Ind. Phys. [Online]. 1(1), pp. 21-35, 2010. Available at: http://physics-journal.org/archive-1-1.html

Erdinc, B. and Akkus, H., Ab-initio study of the electronic structure and optical properties of KNO3 in the ferroelectric phase, Phys. Scr. [Online]. 79, pp. 025601-025006, 2009. Available at: http://iopscience.iop.org/issue/1402-4896/79/2

Lu, H.M. and Hardy, J.R., Principles study of phase transitions in KNO3, Phys. Rev. B, [Online]. 44, pp. 7215-7224, 1991. Available at: http://journals.aps.org/prb/issues/44/14

Liu, D., Ullman Behlen, F.G. and Hardy, J.R., Raman scattering and lattice-dynamical calculations of crystalline KNO3, Phys. Rev. B., [Online]. 45(5), pp. 2142-2147, 1992. Available at: http://journals.aps.org/prb/issues/45/5

Porto, M., Maass, P., Meyer, M., Bunde, A. and Dieterich, W., Hopping transport in the presence of site-energy disorder: Temperature and concentration scaling of conductivity spectra, Phy. Rev.B., [Online]. 61(9), pp. 6057-062, 2000. Available at: http://journals.aps.org/prb/issues/61/9

Abdulagatova, I.M., Dvoryanchikov, V.I. and Kamalov, A.N., Measurements of the heat capacities at constant volume of H2O and (H2O + KNO3), J. Chem. Thermodynamics, [Online]. 29, pp. 1387-1407, 1997. Available at: http://www.sciencedirect.com/science/journal/00219614/29/12

Jurado-Lasso et al / DYNA 83 (198), pp. 245-250, Septiembre, 2016.

El-Kabbany, F., Abdel-Kader, M.M., Tosson, M. and El-Khwass, E., Kinetics of the ferroelectricalbehaviour of a thin layer of phase III KNO3, Thermochimica Acta, [Online]. 256, pp. 281-289, 1995. Available at: http://www.sciencedirect.com/science/journal/00406031/256/2

Font, J. and Muntasell, J., Thermobarometric study of KNO3 phase transitions, Thermochimica Acta, [Online]. 293, pp. 167-170, 1997. Available at: http://www.sciencedirect.com/science/journal/00406031/293/1-2

Balbaski, M., Teng, M.K. and Nusimovici, M., Raman scattering in KNO3 phases I, II, and III, Phy. Rev. [Online]. 176(3), pp. 1098-1106, 1968. Available at: https://journals.aps.org/pr/issues/176/3

Scott, J.F. and Zhang, M.-S., Raman spectroscopy of submicron KNO3 films, Phys. Rev.B, [Online]. 35, pp. 4044-4051, 1987. Available at: http://journals.aps.org/prb/issues/35/8

Murugan, R., Huang, P.J., Ghule, A. and Chang, H., Studies on thermal hysteresis of KNO3 by thermo-Raman spectroscopy, Thermochimica Acta, [Online]. 346, pp. 83-90, 2000. Available at: http://www.sciencedirect.com/science/journal/00406031/346/1-2

Loudon, R., The Raman effect in crystal, Advan. Phys., 13, pp. 423-482, 1964. Available at: http://www.tandfonline.com/toc/tadp20/13/52?nav=tocList

Freney, E.J., Garvie, L.A.J., Groy, T.L. and Buseck, P.R., Growth and single-crystal refinement of phase –III potassium nitrate, KNO3, Acta Cryst., [Online]. B65, pp. 659-663, 2009. Available at: http://scripts.iucr.org/cgi-bin/paper?S0108768109041019

Singh, A. and Smith, A.M., Dielectric and electrical conductivity studies in potassium nitrite. J. phys. D: Appl. Phys. [Online]. 4, pp. 560-566, 1971. Available at: http://iopscience.iop.org/issue/0022-3727/4/4

Mansingh, A. and Smith, A.M., Dielectric dispersion in the paraelectric phase of potassium nitrate, J. Phys. D: Appl. Phys., [Online]. 4, pp. 1792-1796, 1971. Available at: http://iopscience.iop.org/issue/0022-3727/4/11

Elliott, S.R., Use of the modulus formalism in the analysis of ac conductivity data for ionic glasses, Journal of Non-Crystalline Solids, [Online]. 170, pp. 97-100, 1994. Available at: http://www.sciencedirect.com/science/journal/00223093/170/1

Svare, I., Borsa, F., Torgeson, D.R., Martin, S.W. and Patel, H. Use of the modulus formalism in the analysis of ac conductivity data for fast ion conductors, Journal of Non-Crystalline Solids, [Online]. 185, pp. 297-300, 1995. Available at: http://www.sciencedirect.com/science/journal/00223093/185/3

Jurado, J.F., Trujillo, J.A., Mellander, B-E. and Vargas, R.A., Correlated ion diffusion in gamma-Ag0.7Cu0.3I, S. State. Ionic, [Online]. 176, pp. 985-990, 2005. Available at: http://www.sciencedirect.com/science/journal/01672738/176/9-10

Mellander, B.-E. and Albinsson, I., in Solid State Ionics: New Developments edited. Chowdari, B.V.R et al., World Scientific, Singapore, [Online]. 1996, pp. 83-87. Jurado, J.F., Játiva, J.A., Metal-insulator transition and hopping conduction mechanisms in the La0.7Ba0.3MnO3 compound, J. Mag. Magn. Mate., 335, pp. 6-10, 2013. Available at: http://www.sciencedirect.com/science/journal/03048853/335

Nakamoto, K., Infrared and Raman spectra of Inorganic and Coordination Compounds, 4th ed., Wiley, New York, 1986, pp. 6-20.

Kumar, E. and Natha, R., Ferroelectric properties of potassium nitrate-polymer composite films, J. Pure Appl. & Ind. Phys., [Online]. 1, pp. 21-35, 2010. Available at: http://physics-journal.org/archive-1-1.html

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