Difusão e formação de agregados de prata em vidros oxifluoretos

Abstract

Apresentamos algumas propostas de parametrização do potencial de Buckingham e de um potencial de curto alcance (SHREP) de interação entre pares de íons, para utilização em simulações computacionais de dinâmica molecular (MD). Descrevemos as propriedades estruturais e dinâmicas dos íons na matriz vítrea 56,4PbF2 37,6GeO2 3Al2O3 3Ag2O, que levam a formação de um filme fino metálico não condutor de prata durante o processo de tratamento térmico. Seis modelos foram criados e testados, baseados em relações empíricas, dados experimentais ou cálculos quânticos. Destes, somente o Modelo Empírico Vítreo forneceu resultados consistentes e adequados, quando se considera a convergência e estabilidade das simulações e de suas propriedades mecânicas. Os cátions apresentam coordenação seletiva com o óxido ou o fluoreto. Os íons fluoreto e prata apresentaram os maiores coeficientes de difusão, consistentes com o uso deste tipo de matriz vítrea como condutores iônicos rápidos. O tratamento térmico foi simulado pela transformação de íons prata em átomos de prata com a respectiva remoção de íons fluoreto. Isto é equivalente a considerar o seguinte processo redox: Ag+ + F → Ag + ½F2(g). O coeficiente de difusão dos átomos de prata foi pelo menos 10 vezes maior que o do íons fluoreto, o qual apresenta o maior coeficiente de difusão dentre os íons. Observamos que a maioria dos átomos de prata permanecem como átomos ou dímeros, o que é consistente com a sua migração rápida para a superfície, já que agregados poliatômicos ficam praticamente retidos no interior da matriz onde são formados. Simulações do sistema vítreo levando em consideração os efeitos da superfície (periodicidade 2-D ou geometria slab) permitiram mostrar que há uma maior concentração de átomos próximas à superfície, o que explica a sua migração para a superfície seguida da formação do filme observado experimentalmente