Szanghajski Instytut Optyki i Maszyn Precyzyjnych (SIPM) czyni postępy w badaniu struktury i właściwości szkła z fosforanu glinu

Niedawno zespół badaczy Lili Hu z Laboratorium Technologii Jednostek Laserowych Wysokiej Mocy Szanghajskiego Instytutu Optyki i Maszyn Precyzyjnych (SIPM) Chińskiej Akademii Nauk (CAS) przyjął metodę łączącą eksperymenty, symulacje dynamiki molekularnej i analizy ilościowe Analiza zależności struktura-właściwość (QSPR) w celu zbadania szkieł z fosforanu glinu i powiązane wyniki badań opublikowano w czasopiśmie Journal of the American Ceramic Journal of the American Ceramic Society.)
Obecnie szkła z fosforanu glinu mają szeroki zakres zastosowań w wielu dziedzinach, w tym w materiałach biomedycznych, komponentach optycznych, materiałach uszczelniających i utwardzaniu odpadów nuklearnych. Strukturę krótkiego zasięgu szkieł fosforanu glinu badano bardziej za pomocą technik eksperymentalnych, ale związek między jej właściwościami a strukturą średniego zasięgu jest nadal niejasny. Symulacje dynamiki molekularnej stały się skutecznym narzędziem badawczym, odgrywając coraz ważniejszą rolę w odkrywaniu strukturalnego pochodzenia właściwości szkła.
W tym badaniu badacze połączyli metody eksperymentalne i symulacje dynamiki molekularnej, aby zbadać wpływ Al2O3 na struktury szkieł z fosforanu glinu o krótkim i średnim zasięgu oraz modelowali ich właściwości strukturalne metodą QSPR. Dokładność symulacji sprawdzono za pomocą Ramana, promieniowania synchrotronowego i innych wyników eksperymentalnych. Wyniki symulacji pokazują, że wiązania POP obecne w siatce szkła są stopniowo zastępowane przez wiązania PO-Al wraz ze zmianą zawartości Al2O3, co odgrywa istotną rolę w zmianie właściwości szkła. Tymczasem długie łańcuchy w szkiełkach fosforanu glinu są podatne na tworzenie struktur cyklicznych i są skoncentrowane w pierścieniach członowych 4- do 20-. Ponadto do modelowania QSPR wykorzystuje się trzy różne deskryptory strukturalne i skutecznie koreluje dane eksperymentalne z wynikami symulacji, wykazując dobrą przewidywalność modelu. Metoda ta dostarcza nowych pomysłów na przewidywanie właściwości szkła i projektowanie elementów szklanych.
Postęp Szanghajskiego Instytutu Optyki w badaniu struktury i właściwości szkieł z fosforanu glinu
Ryc. 1 Ilościowy model zależności struktura-właściwość ustalony przy użyciu (a) liczby koordynacyjnej (CN), (b) Qn i (c) wielkości pierścienia szkieł z fosforanu glinu jako danych wejściowych strukturalnych. Od lewej do prawej deskryptor struktury Fnet jest pokazany jako funkcja odpowiednio gęstości doświadczalnej, twardości, temperatury zeszklenia i współczynnika rozszerzalności cieplnej.