Šanghajský inštitút optiky a presných strojov (SIPM) pokročil v štúdiu štruktúry a vlastností hliníkovo-fosfátového skla

Nedávno tím výskumníka Lili Hu z Laboratória technológie vysokovýkonných laserových jednotiek, Šanghajský inštitút optiky a presných strojov (SIPM), Čínska akadémia vied (CAS), prijal metódu kombinujúcu experimenty, simulácie molekulárnej dynamiky a kvantitatívne Analýza vzťahu medzi štruktúrou a vlastnosťami (QSPR) na štúdium okuliarov z fosforečnanu hliníka a súvisiace výsledky výskumu boli uverejnené v časopise Journal of American Ceramic Journal of the American Ceramic Society.)
V súčasnosti majú fosforečnanové sklá hlinité široké uplatnenie v mnohých oblastiach, vrátane biomedicínskych materiálov, optických komponentov, tesniacich materiálov a vytvrdzovania jadrového odpadu. Štruktúra skla s krátkym dosahom fosforečnanu hlinitého bola študovaná skôr pomocou experimentálnych techník, ale vzťah medzi jej vlastnosťami a štruktúrou stredného dosahu je stále nejasný. A simulácie molekulárnej dynamiky sa stali efektívnym nástrojom pre štúdium, ktorý zohráva čoraz dôležitejšiu úlohu pri odhaľovaní štrukturálneho pôvodu vlastností skla.
V tejto štúdii výskumníci skombinovali experimentálne metódy a metódy simulácie molekulárnej dynamiky, aby preskúmali účinok Al2O3 na krátke a stredné štruktúry skla fosforečnanu hlinitého a modelovali ich štrukturálne vlastnosti metódou QSPR. Presnosť simulácie bola overená Ramanom, synchrotrónovým žiarením a ďalšími experimentálnymi výsledkami. Výsledky simulácie ukazujú, že POP väzby prítomné v sklenej sieti sú postupne nahrádzané PO-Al väzbami so zmenou obsahu Al2O3, čo hrá dôležitú úlohu pri zmene vlastností skla. Medzitým sú dlhé reťazce v sklách z fosforečnanu hlinitého náchylné na vytváranie cyklických štruktúr a sú sústredené v 4- až 20-členných kruhoch. Okrem toho sa na modelovanie QSPR používajú tri rôzne štrukturálne deskriptory a úspešne korelujú experimentálne údaje s výsledkami simulácie, čo ukazuje dobrú predvídateľnosť modelu. Táto metóda poskytuje nové nápady na predpovedanie vlastností skla a navrhovanie sklenených komponentov.
Pokrok Šanghajského inštitútu optiky v štúdiu štruktúry a vlastností skla s fosforečnanom hlinitým
Obr. 1 Kvantitatívny model vzťahu medzi štruktúrou a vlastnosťou vytvorený pomocou (a) koordinačného čísla (CN), (b) Qn a (c) veľkosti prstenca skla fosforečnanu hlinitého ako štrukturálnych vstupov. Zľava doprava je znázornený deskriptor štruktúry Fnet ako funkcia experimentálnej hustoty, tvrdosti, teploty skleného prechodu a koeficientu tepelnej rozťažnosti.