Šanghajski inštitut za optiko in natančne stroje (SIPM) napreduje pri proučevanju strukture in lastnosti aluminijevega fosfatnega stekla

Pred kratkim je skupina raziskovalke Lili Hu iz Laboratorija za tehnologijo visokozmogljivih laserskih enot Šanghajskega inštituta za optiko in precizne stroje (SIPM) Kitajske akademije znanosti (CAS) sprejela metodo, ki združuje eksperimente, simulacije molekularne dinamike in kvantitativno Analiza razmerja med strukturo in lastnostjo (QSPR) za preučevanje aluminijevih fosfatnih stekel in s tem povezani rezultati raziskav so bili objavljeni v Journal of American Ceramic Journal of the American Ceramic Society.)
Trenutno imajo aluminijeva fosfatna stekla širok spekter uporabe na številnih področjih, vključno z biomedicinskimi materiali, optičnimi komponentami, tesnilnimi materiali in sušenjem jedrskih odpadkov. Struktura aluminijevega fosfatnega stekla kratkega dosega je bila bolj raziskana z eksperimentalnimi tehnikami, vendar je razmerje med njegovimi lastnostmi in strukturo srednjega dosega še vedno nejasno. In simulacije molekularne dinamike so postale učinkovito orodje za študijo in igrajo vse pomembnejšo vlogo pri razkrivanju strukturnega izvora lastnosti stekla.
V tej študiji so raziskovalci združili eksperimentalne in metode simulacije molekularne dinamike, da bi raziskali učinek Al2O3 na strukture kratkega in srednjega dosega aluminijevih fosfatnih stekel ter modelirali njihove strukturne lastnosti z metodo QSPR. Natančnost simulacije je bila preverjena z Ramanom, sinhrotronskim sevanjem in drugimi eksperimentalnimi rezultati. Rezultati simulacije kažejo, da se vezi POP, ki so prisotne v mreži stekla, postopoma nadomestijo vezi PO-Al s spremembo vsebnosti Al2O3, ki ima pomembno vlogo pri spremembi lastnosti stekla. Medtem pa so dolge verige v aluminijevih fosfatnih steklih nagnjene k tvorbi cikličnih struktur in so koncentrirane v 4- do 20-členskih obročih. Poleg tega se za modeliranje QSPR in uspešno korelacijo eksperimentalnih podatkov z rezultati simulacije uporabljajo trije različni strukturni deskriptorji, kar kaže na dobro predvidljivost modela. Ta metoda ponuja nove ideje za napovedovanje lastnosti stekla in načrtovanje steklenih komponent.
Napredek Šanghajskega inštituta za optiko pri proučevanju strukture in lastnosti aluminijevih fosfatnih stekel
Slika 1 Kvantitativni model razmerja med strukturo in lastnostjo, vzpostavljen z uporabo (a) koordinacijskega števila (CN), (b) Qn in (c) velikosti obroča aluminijevega fosfatnega stekla kot strukturnih vložkov. Od leve proti desni je strukturni deskriptor Fnet prikazan kot funkcija eksperimentalne gostote, trdote, temperature posteklenitve in koeficienta toplotnega raztezanja.