Shanghai Institute of Optics And Precision Machinery (SIPM) boekt vooruitgang bij het bestuderen van de structuur en eigenschappen van aluminiumfosfaatglas

Onlangs heeft een team van onderzoeker Lili Hu van het Laboratory of High Power Laser Unit Technology, Shanghai Institute of Optics and Precision Machinery (SIPM), Chinese Academy of Sciences (CAS), een methode aangenomen die experimenten, moleculaire dynamica-simulaties en kwantitatieve analyses combineert. Structure-Property Relationship (QSPR)-analyse om aluminiumfosfaatglazen te bestuderen, en de gerelateerde onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in het Journal of the American Ceramic Journal of the American Ceramic Society.)
Momenteel hebben aluminiumfosfaatglazen een breed scala aan toepassingen op veel gebieden, waaronder biomedische materialen, optische componenten, afdichtingsmaterialen en het uitharden van kernafval. De korteafstandsstructuur van aluminiumfosfaatglas is meer bestudeerd door middel van experimentele technieken, maar de relatie tussen de eigenschappen ervan en de middellangeafstandsstructuur is nog steeds onduidelijk. En simulaties van moleculaire dynamica zijn een effectief hulpmiddel voor het onderzoek geworden en spelen een steeds belangrijkere rol bij het onthullen van de structurele oorsprong van glaseigenschappen.
In deze studie combineerden de onderzoekers experimentele en moleculaire dynamica-simulatiemethoden om het effect van Al2O3 op de korte- en middenbereikstructuren van aluminiumfosfaatglas te onderzoeken, en modelleerden ze hun structurele eigenschappen met de QSPR-methode. De nauwkeurigheid van de simulatie werd geverifieerd door Raman, synchrotronstraling en andere experimentele resultaten. De simulatieresultaten laten zien dat de POP-bindingen die aanwezig zijn in het glasnetwerk geleidelijk worden vervangen door PO-Al-bindingen met de verandering van het Al2O3-gehalte, wat een belangrijke rol speelt in de verandering van glaseigenschappen. Ondertussen hebben de lange ketens in de aluminiumfosfaatglazen de neiging cyclische structuren te vormen en zijn ze geconcentreerd in de 4- tot 20-ringen. Bovendien worden drie verschillende structurele descriptoren gebruikt om de QSPR te modelleren en de experimentele gegevens met succes te correleren met de simulatieresultaten, wat een goede voorspelbaarheid van het model aantoont. Deze methode levert nieuwe ideeën op voor het voorspellen van glaseigenschappen en het ontwerpen van glascomponenten.
Vooruitgang van het Shanghai Institute of Optics bij het bestuderen van de structuur en eigenschappen van aluminiumfosfaatglazen
Fig. 1 Kwantitatief structuur-eigenschap-relatiemodel opgesteld door gebruik te maken van (a) coördinatiegetal (CN), (b) Qn en (c) ringgrootte van aluminiumfosfaatglazen als structurele input. Van links naar rechts wordt de structuurbeschrijving Fnet weergegeven als een functie van respectievelijk de experimentele dichtheid, hardheid, glasovergangstemperatuur en thermische uitzettingscoëfficiënt.