Efecto del codopado con Zn sobre la formación y propiedades ópticas de disoluciones sólidas de Qandilita dopada con Co, Mg1.8-xZnxCo0.2TiO4

Abstract

En los últimos años se están investigando diferentes estructuras basadas en titanatos como pigmentos cerámicos emergentes. Esta investigación se centra en el análisis del efecto de co-dopado de Zn sobre la reactividad, la formación, las propiedades y el rendimiento como pigmentos cerámicos de soluciones sólidas de la espinela qandilita (Mg2TiO4) dopada con Co. Con este objetivo, se compararon diferentes soluciones sólidas (Mg1,8-xZnxCo0,2TiO4, x=0, 0.2, 0.9, 1.6, 1.8) preparadas mediante la descomposición metalorgánica de geles citrato y con la espinela verde Co2TiO4 como referencia. Los xerogeles crudos homogéneos se carbonizaron a 500oC/1h y luego se calcinaron a 1000 oC/3h y 1200oC/3h. Los pigmentos calcinados se caracterizaron por difracción de rayos X (DRX), espectroscopia óptica (UV-vis-NIR) y colorimetría CIE-L*a*b* (también con muestras esmaltadas en diferentes esmaltes y pigmentos para aplicaciones en pintura). La caracterización por DRX confirmó un aumento en la reactividad (a 1000oC) y en la estabilización de la fase espinela al aumentar el dopado con Zn, disminuyendo la cantidad de fases secundarias como la ilmenita. Además a 1200oC se observó la formación de fases únicas prácticamente en todos los casos a excepción de Co2TiO4 que fue necesario calcinar a 1400oC. Se observaron pequeñas cantidades de fases secundarias prácticamente despreciables. De forma significativa, se observa que a medida que se aumenta el dopado con Zn aumenta considerablemente el grado de inversión de Co2+ en la fase espinela, es decir, que hay más cantidad de Co2+ en posiciones octaédricas. Este aumento en el grado de inversión viene acompañado por un cambio progresivo en los espectros de absorción de los pigmentos tanto en el visible como en el infrarrojo cercano, aumentando las bandas asociadas a Co2+ octaédrico frente a las de Co2+ tetraédrico. Esto se aprecia en un cambio progresivo de color de azul-verde (bajo contenido en Zn) a verde amarillento (Mg:Zn 1:1) hasta amarillo pardo (alto contenido en Zn) y también en el índice de reflexión solar (SRI). Las propiedades ópticas y el rendimiento como pigmentos cerámicos se evaluaron mediante espectroscopia UV-vis-NIR y mediciones de color (CIE-L*a*b*) tanto en esmaltes de porcelánico y bicocción como en aplicaciones en pinturas trasparentes. Todas las muestras esmaltadas presentaron un color azul ya que los pigmentos no son estables siendo lixiviado el Co2+ pasando a posiciones tetraédricas en la matriz vítrea del esmalte. En cambio, los pigmentos fueron estables en las aplicaciones en pintura, manteniéndose la coloración original de los pigmentos, aunque con menor intensidad, dando colores más claros.