La técnica de GD-OES

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Se utilizó el modelo [8,14] para simular los resultados presentados. Eso Cabe señalar, que la primera simulación numérica de la capa distribución de las nanopartículas se presenta en [15], pero ese modelo no tomaron en cuenta para la nucleación de nanopartículas suponiendo fijo concentración de núcleos. El modelo de [8,14] es la modificación de la uno de Ref. [15], y este modelo permite la formación de una nueva nucleación centros de acuerdo con la teoría de nucleación [16] y produce resulta más cerca de los experimentales. También vale la pena observar que de acuerdo con los resultados de la modelización [8] el tamaño de las nanopartículas en las capas, en general, excede una en distribución regular porque, en el crecimiento de capas, las nanopartículas en cada capa consumen toda la plata atómica de las regiones circundantes "vacíos". Mayor cantidad de resultados de plata que se consumen en las nanopartículas más grandes. Una serie de experimentos numéricos han llevado a cabo para encontrar los parámetros que mejor describen y se ajustan a los datos experimentales. Antes de este análisis, el coeficiente de difusión de la plata iónica tiene han calculado a partir de evolución temporal de las concentraciones de plata perfil a continuación 0,5-0,7 lm, donde la concentración de hidrógeno es todavía Y su reacción química baja con iones de plata se puede despreciar. El principal origen del cambio observado de la concentración de plata iónica en esta región es el proceso de difusión hacia la reacción de frontera. La estimación del coeficiente de difusión de plata iónica, DAgþ a la temperatura de recocido T usada = 300C. DAgþ 200 600 nm2=s: Este valor está de acuerdo con los datos de la literatura conocidos [17]. Algunas discrepancias podrían estar originados por la modificación de la composición iónica de vidrio detrás de la frontera de reacción. Dado que la difusión coeficiente de plata iónica es el único parámetro que se puede estimar directamente a partir de nuestros datos experimentales, la gama para variar los valores de otros parámetros del modelo [8] han sido elegidos de acuerdo con [7], donde la formación de nanopartículas de plata en ion gafas intercambiados fue modelado por primera vez. Se presentó la lista completa de los rangos, estima y discutido allí [7]. Los valores de los parámetros del modelo presentes que proporcionan coincidencia apropiada con nuestros experimentos se enumeran en la Tabla 1.

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Fig. 2. La distribución en profundidad de la concentración de los componentes de vidrio en la región subsuperficial del vidrio después de 30 min de recocido en hidrógeno a 300 ° C, todas las concentraciones se normalizan; las concentraciones de los componentes en el grueso del cristal lejos de la superficie están marcados en la parte derecha (a). La distribución en profundidad de la intensidad de señal de la plata, y la posición de la frontera en las muestras preparadas después de diferentes duraciones del recocido muestras en hidrógeno a 300C (b). Todos los gráficos presentan la suma de las concentraciones de elementos particulares en formas iónicas y atómicos, por ejemplo, Ag + y AG0.

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Aquí DH, el ADN +, DAg0, CAg, y CH, son coeficientes de difusión de hidrógeno, iones de sodio, y de plata neutral, CAg +, y CH son las concentraciones de iones de plata en el vidrio inicial y la solubilidad de hidrógeno en la matriz de vidrio, y r, x , k, T son la tensión superficial en la interfase vidrio-plata, volumen atómico de plata, coeficiente de Boltzmann y la temperatura absoluta, respectivamente [8].

Los valores de la Tabla 1 corresponden al límite inferior de la gama propuesta en [7]. Lo más probable, esto está relacionado con la temperatura más baja de procesamiento de hidrógeno usado en nuestros experimentos. Calculada evolución temporal de plata profundidad distribución iónica y atómica se ilustra en la Fig. 3a. Uno puede observar que en los resultados experimentales presentados por Mohr y coautores [11] la distancia entre las capas de las nanopartículas es de cientos de nanómetros, mientras que en nuestro experimento esta distancia es significativamente más corto - decenas de nanómetros. Esto probablemente se debe a una temperatura de doscientos grados más alta en los experimentos [11], 500C. Esto está de acuerdo con las predicciones propuesto en [8]: el fomento de un crecimiento más rápido de las nanopartículas de plata a temperatura más alta debido al aumento en los coeficientes de difusión y, respectivamente, el flujo de la plata atómica a estas partículas. Puesto que la fuente de la plata atómica está limitada por la reacción química, se necesita más tiempo para la sobresaturación de la solución sólida de plata, de vidrio a ser suficiente para la nucleación de plata. En consecuencia, la frontera de la reacción se hunde más en el vaso antes de la formación de la nueva capa de nanopartículas de aperturas. Es por eso que la distancia entre las capas posteriores se convierte más largos a temperaturas más altas. La comparación de los resultados experimentales y numéricos se ilustra en la Fig. 3b. La técnica GD-OES no puede distinguir plata iónica y atómica, y los datos experimentales contener solamente la distribución de la suma de las concentraciones de plata en ambas formas iónicas y atómicas. Por tanto, comparamos sólo estas sumas. Los resultados están en una buena concordancia cualitativa, sin embargo, se pueden observar algunas diferencias. Por ejemplo, en el experimento, estructura en capas no se expresa tan claramente como en los cálculos, y desenfoque de la distribución de plata parece ocurrir. Este desenfoque aumenta con la distancia desde la superficie. Puesto que la señal se recoge de la relativamente grande 4 mm, de diámetro, región de la superficie de vidrio, la difuminación podría resultar de pequeñas fluctuaciones en la velocidad de ataque. Además, se puede notar un poco de dispersión en las posiciones de las capas y las distancias entre ellos en diferentes muestras. Esto podría ser debido a las fluctuaciones de temperatura o la concentración de plata iónica durante el recocido.

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Fig. 3. Calculado evolución temporal de plata concentra en nanopartículas (rojo), en forma iónica (verde), y su suma (violeta) (a), y la comparación de medida (magenta) y calculado (violeta) concentración total de plata (b). (Para la interpretación de las referencias a color en esta leyenda de la figura, se remite al lector a la versión web de este artículo).

Conclusiones

En resumen, utilizando la técnica de GD-OES,