Szkła krzemianowe zawierające tlenki ołowiu, bizmutu czy antymonu znajdują szereg zastosowań przemysłowych w optoelektronice. W aplikacjach wykorzystuje się ich ciekawe własności fizyczne, takie jak: wysoki współczynnik absorpcji w podczerwieni, nieliniowy współczynnik załamania, duża gęstość, niska temperatura przejścia szklistego, duży współczynnik rozszerzalności cieplnej. Poza tym szkła krzemianowe wykazują dużą podatność na redukcję jonów metali w wyniku wygrzewania w atmosferze wodoru. Zmodyfikowane w ten sposób szkła ołowiowo-krzemianowe znajdują zastosowanie przy produkcji detektorów promieniowania jonizującego. Ze względu na konfigurację elektronową, masę atomową, efektywny promień jonowy i energię jonizacji, bizmut pełni podobną rolę w szkłach co ołów. Tak jak PbO, Bi2O3 obniża temperaturę topnienia szkieł, zwiększa gęstość i współczynnik załamania, łatwo ulega redukcji podczas wygrzewania w wodorze. Mimo iż pierwsze prace na temat szkieł bizmutowo-krzemianowych ukazały się w latach trzydziestych, to nadal brakuje wyników systematycznych badań nad procesem redukcji oraz własnościami fizycznymi zredukowanych szkieł. Jeszcze mniej wiadomo o redukowanych szkłach bizmutowo-germanianowych.
W pracy przedstawiono wyniki badań nad strukturą i wybranymi własnościami transportowymi redukowanych szkieł bizmutowo-germanianowych i bizmutowo-krzemianowych.
Część pierwsza obejmuje zagadnienia związane z wytwarzaniem i analizą własności fizycznych szkieł o różnej zwartości bizmutu. Zbadano zmiany wartości przewodności stałoprądowej szkieł w szerokim zakresie zmian temperatury. Wykazano, że przewodnictwo elektryczne ma charakter jonowy, przy czym nośnikami ładunku są jony tlenu. Na bazie modelu perkolacji zaproponowano wyjaśnienie związku między wielkością przewodności elektrycznej i koncentracją bizmutu w badanych szkłach.
W części drugiej omówiono wybrane zagadnienia związane z redukcją jonów bizmutu w szkłach wygrzewanych w atmosferze wodoru. Przeprowadzono analizę struktury i przewodnictwa elektrycznego powstałych w wyniku redukcji warstw zawierających metaliczny bizmut w osnowie tlenków krzemu lub germanu. Zbadano wpływ procesu topnienia i krzepnięcia bizmutu na charakter zmian przewodności elektrycznej w funkcji temperatury.
Zbadano zależność zmian przewodności redukowanych szkieł BixSil-xO2-0,5x (0,47 =< x =< 0,67) oraz BixGel-xO2-0,5x (0,13 =< x =< 0,47) w szerokim zakresie temperatur. Na podstawie
przeprowadzonych badań i istniejących teorii przewodnictwa elektrycznego w materiałach kompozytowych typu metal-dielektryk zaproponowano model struktury i mechanizm przewodnictwa elektrycznego redukowanych szkieł bizmutowo-germanianowych i bizmutowo-krzemianowych. Pokazano również możliwości zastosowania redukowanych szkieł bizmutowo-germanianowych i bizmutowo-krzemianowych w różnego typu detektorach promieniowania jonizującego.
Spis treści:
Wykaz ważniejszych oznaczeń i skrótów
Wprowadzenie
CZĘŚĆ I. SZKŁA BIZMUTOWO-GERMANIANOWE I BIZMUTOWO-KRZEMIANOWE: SYNTEZA, STRUKTURA I PRZEWODNICTWO ELEKTRYCZNE
1. Wstęp
2. Struktura krystaliczna i amorficzna układów Si-O, Ge-O, Bi-O, Bi-Ge-O i Bi-Si-O
3. Szkta bizmutowo-germanianowe i bizmutowo-krzemianowe: wytwarzanie, struktura i przewodnictwo elektryczne
3.1. Wytwarzanie szkieł bizmutowo-germanianowych i bizmutowo-krzemianowych
3.2. Przewodnictwo elektryczne szkieł bizmutowo-germanianowych i bizmutowo-krzemianowych
4. Podsumowanie pierwszej części pracy
CZĘŚĆ II. REDUKOWANE SZKŁA BIZMUTOWO-GERMANIANOWE I BIZMUTOWO-KRZEMIANOWE: REDUKCJA JONÓW BIZMUTU, STRUKTURA, PRZEMIANY FAZOWE I PRZEWODNICTWO ELEKTRYCZNE
5. Proces redukcji szkieł bizmutowo-germanianowych i bizmutowo-krzemianowych
5.1. Wybrane własności fizyczne bizmutu
6. Struktura warstwowa zredukowanych szkieł bizmutowo-germanianowych i bizmutowo-krzemianowych
7. Własności elektryczne redukowanych szkieł bizmutowo-germanianowych i bizmutowo-krzemianowych
7.1. Wpływ temperatury i czasu redukcji na przewodnictwo elektryczne szkieł bizmutowo-germanianowych i bizmutowo-krzemianowych
7.2. Perkolacyjny model powstawania warstw o przewodnictwie elektronowym w redukowanych szkłach bizmutowo-germanianowych i bizmutowo-krzemianowych
8. Wpływ przemian fazowych granul bizmutu na przewodnictwo elektryczne redukowanych szkieł bizmutowo-germanianowych i bizmutowo-krzemianowych
8.1. Topnienie nanokrystalicznych granul bizmutu
8.2. Przewodnictwo elektryczne zewnętrznej warstwy bizmutu w zredukowanych szkłach bizmutowo-germanianowych
8.3. Wpływ przemian fazowych w granulach bizmutu na przewodnictwo elektryczne wewnętrznej warstwy w zredukowanych szkłach bizmutowo-germanianowych i bizmutowo-krzemianowych
9. Przewodnictwo elektryczne wewnętrznej warstwy zredukowanych szkieł bizmutowo-germanianowych i bizmutowo-krzemianowych
9.1. Przewodnictwo elektryczne w materiałach granulastych
9.2. Zależność przewodnictwa elektrycznego zredukowanych warstw szkieł bizmutowo-germanianowych i bizmutowo-krzemianowych od temperatury
10. Zastosowanie redukowanych szkieł bizmutowo-germanianowych i bizmutowo-krzemianowych w detektorach promieniowania jonizującego
11. Podsumowanie drugiej części pracy
Bibliografia
Dorobek naukowy autora pracy obejmujący główne publikacje na temat badań wybranych własności fizycznych szkieł bizmutowo-germanianowych i bizmutowo-krzemianowych
Podziękowania
Streszczenie wjęzyku polskim
Streszczenie wjęzyku angielskim