A Shanghai Optikai és Precíziós Gépek Intézete (SIPM) előrehaladást ért el az alumínium-foszfát üveg szerkezetének és tulajdonságainak tanulmányozásában

A közelmúltban Lili Hu kutatócsoport a Kínai Tudományos Akadémia (CAS) Shanghai Optikai és Precíziós Gépészeti Intézetének (SIPM) Nagyteljesítményű Lézer Egységek Technológiai Laboratóriumából olyan módszert fogadott el, amely kísérleteket, molekuladinamikai szimulációkat és kvantitatív vizsgálatokat kombinál. Az alumínium-foszfát üvegek tanulmányozására szolgáló szerkezet-tulajdonság-elemzés (QSPR) és a kapcsolódó kutatási eredmények a Journal of the American Ceramic Journal of the American Ceramic Society folyóiratban jelentek meg.)
Jelenleg az alumínium-foszfát üvegek széles körben alkalmazhatók számos területen, beleértve az orvosbiológiai anyagokat, az optikai alkatrészeket, a tömítőanyagokat és a nukleáris hulladék keményítését. Az alumínium-foszfát üvegek rövid hatótávolságú szerkezetét inkább kísérleti technikákkal vizsgálták, de a tulajdonságai és a közepes hatótávolságú szerkezete közötti összefüggés még mindig nem tisztázott. A molekuláris dinamikai szimulációk pedig a vizsgálat hatékony eszközévé váltak, és egyre fontosabb szerepet játszanak az üveg tulajdonságainak szerkezeti eredetének feltárásában.
Ebben a tanulmányban a kutatók kísérleti és molekuladinamikai szimulációs módszereket kombinálva vizsgálták az Al2O3 hatását az alumínium-foszfát üvegek rövid és közepes hatótávolságú szerkezetére, és QSPR módszerrel modellezték azok szerkezeti tulajdonságait. A szimuláció pontosságát Raman, szinkrotronsugárzás és egyéb kísérleti eredmények igazolták. A szimulációs eredmények azt mutatják, hogy az üveghálózatban jelenlévő POP kötéseket az Al2O3 tartalom változásával fokozatosan PO-Al kötések váltják fel, ami fontos szerepet játszik az üveg tulajdonságainak változásában. Eközben az alumínium-foszfát üvegekben lévő hosszú láncok hajlamosak ciklikus struktúrák kialakítására, és a 4- - 20-tagú gyűrűkben koncentrálódnak. Ezen túlmenően három különböző szerkezeti leírót használnak a QSPR modellezésére, és sikeresen korrelálják a kísérleti adatokat a szimulációs eredményekkel, ami jó modell kiszámíthatóságot mutat. Ez a módszer új ötleteket ad az üveg tulajdonságainak előrejelzéséhez és az üvegkomponensek tervezéséhez.
A Shanghai Optikai Intézet előrehaladása az alumínium-foszfát üvegek szerkezetének és tulajdonságainak tanulmányozásában
1. ábra Az alumínium-foszfát üvegek (a) koordinációs számának (CN), (b) Qn és (c) gyűrűméretének felhasználásával szerkezeti bemenetként felállított kvantitatív szerkezet-tulajdonság kapcsolati modell. Balról jobbra az Fnet szerkezetleíró a kísérleti sűrűség, keménység, üvegesedési hőmérséklet és hőtágulási együttható függvényében látható.