Das Shanghai Institute of Optics and Precision Machinery (SIPM) macht Fortschritte bei der Untersuchung der Struktur und Eigenschaften von Aluminiumphosphatglas

Kürzlich hat ein Forscherteam um Lili Hu vom Laboratory of High Power Laser Unit Technology des Shanghai Institute of Optics and Precision Machinery (SIPM) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) eine Methode übernommen, die Experimente, Molekulardynamiksimulationen und Quantifizierung kombiniert Struktur-Eigenschaftsbeziehungsanalyse (QSPR) zur Untersuchung von Aluminiumphosphatgläsern und die damit verbundenen Forschungsergebnisse wurden im Journal of the American Ceramic veröffentlicht (Journal der American Ceramic Society).
Derzeit finden Aluminiumphosphatgläser ein breites Anwendungsspektrum in vielen Bereichen, darunter biomedizinische Materialien, optische Komponenten, Dichtungsmaterialien und die Aushärtung nuklearer Abfälle. Die Nahstruktur von Aluminiumphosphatgläsern wurde eher experimentell untersucht, der Zusammenhang zwischen ihren Eigenschaften und der Mittelreichweitenstruktur ist jedoch noch unklar. Und Molekulardynamiksimulationen sind zu einem wirksamen Werkzeug für die Untersuchung geworden und spielen eine immer wichtigere Rolle bei der Aufdeckung des strukturellen Ursprungs von Glaseigenschaften.
In dieser Studie kombinierten die Forscher experimentelle und molekulardynamische Simulationsmethoden, um die Wirkung von Al2O3 auf die Nah- und Mittelbereichsstrukturen von Aluminiumphosphatgläsern zu untersuchen, und modellierten ihre Struktureigenschaften mit der QSPR-Methode. Die Genauigkeit der Simulation wurde durch Raman, Synchrotronstrahlung und andere experimentelle Ergebnisse überprüft. Die Simulationsergebnisse zeigen, dass die im Glasnetzwerk vorhandenen POP-Bindungen mit der Änderung des Al2O3-Gehalts allmählich durch PO-Al-Bindungen ersetzt werden, was eine wichtige Rolle bei der Änderung der Glaseigenschaften spielt. Unterdessen neigen die langen Ketten in den Aluminiumphosphatgläsern dazu, zyklische Strukturen zu bilden und sind in den 4-- bis 20--gliedrigen Ringen konzentriert. Darüber hinaus werden drei verschiedene Strukturdeskriptoren verwendet, um das QSPR zu modellieren und die experimentellen Daten erfolgreich mit den Simulationsergebnissen zu korrelieren, was eine gute Modellvorhersagbarkeit zeigt. Diese Methode liefert neue Ideen zur Vorhersage von Glaseigenschaften und zum Design von Glaskomponenten.
Fortschritte des Shanghai Institute of Optics bei der Untersuchung der Struktur und Eigenschaften von Aluminiumphosphatgläsern
Abb. 1 Quantitatives Struktur-Eigenschafts-Beziehungsmodell, erstellt unter Verwendung von (a) Koordinationszahl (CN), (b) Qn und (c) Ringgröße von Aluminiumphosphatgläsern als strukturelle Eingaben. Von links nach rechts wird der Strukturdeskriptor Fnet als Funktion der experimentellen Dichte, Härte, Glasübergangstemperatur bzw. des Wärmeausdehnungskoeffizienten dargestellt.