Transformation of cuprite to tenorite through a martensitic-like type process in copper-doped glasses annealed in reduced atmosphere with the metal copper formation

Abstract

The incorporation of copper nanoparticles into the glass matrix has attracted great interest in many fields due to their significant physical and chemical properties and their applications (e.g. opto-electronic and bio-medical tools). Several methodologies, such as the doping method and subsequent annealing of the glass in oxidizing and reducing atmospheres to synthesize copper nanoparticles in a glass are widely used. In this work, the doping method and subsequent annealing of the glass in a Ar/H2 atmosphere has been used. This treatment caused a martensitic-type transformation which, to our knowledge, has not been mentioned in the literature. The result was the transformation from cuprite to tenorite about 300 °C, and the presence of dispersed rounded and polyhedral copper nanoparticles and dendritic shapes of nanoparticles. The reaction of CuO and H2, between 250 and 300 °C, originated metallic copper particles. The mechanism of the martensitic-type transformation has been derived from the characterization results of copper-doped glasses annealed in reduced atmosphere by optical microscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, scanning electron microscopy and transmission electron microscopy. The martensitic-like type structure could have imparted shape memory characteristics to the copper-doped glasses annealed in reduced atmosphere, opening a window for future research. La incorporación de nanopartículas de cobre en vidrio es de gran interés en muchos campos debido a sus importantes propiedades físicas y químicas y a sus aplicaciones (por ejemplo, optoelectrónica e instrumentos biomédicos). Metodologías para sintetizar nanopartículas de cobre en vidrio, como el dopaje y posterior recocido del vidrio en atmósferas oxidantes y reductoras, son ampliamente utilizadas. En este trabajo se ha utilizado este método en atmósfera Ar/H2. Este tratamiento provocó una transformación de tipo martensítico que, hasta donde sabemos, no se ha mencionado en la bibliografía. El resultado fue la transformación de cuprita a tenorita alrededor de 300 °C, y la presencia de nanopartículas de cobre dispersas redondeadas y poliédricas y de nanopartículas con formas dendríticas. La reacción de CuO y H2, entre 250-300 °C, originó partículas metálicas de cobre. El mecanismo de la transformación se ha establecido a partir de los resultados de la caracterización de los vidrios dopados con cobre recocidos en atmósfera reducida mediante microscopia óptica, espectroscopia de fotoelectrones de rayos X, microscopia electrónica de barrido y microscopia electrónica de transmisión. La estructura de tipo martensítico podría haber conferido características de memoria de forma a los vidrios dopados con cobre recocidos en atmósfera reducida, abriendo una ventana para futuras investigaciones.