Šanhajas Optikas un precīzās tehnikas institūts (SIPM) gūst panākumus alumīnija fosfāta stikla struktūras un īpašību izpētē

Nesen pētnieces Lili Hu komanda no Ķīnas Zinātņu akadēmijas (CAS) Šanhajas Optikas un precīzās tehnikas institūta (SIPM) Lieljaudas lāzera iekārtu tehnoloģiju laboratorijas ir pieņēmusi metodi, kas apvieno eksperimentus, molekulārās dinamikas simulācijas un kvantitatīvos pētījumus. Struktūras un īpašuma attiecību (QSPR) analīze, lai pētītu alumīnija fosfāta stiklus, un ar to saistītie pētījumu rezultāti ir publicēti American Ceramic Society žurnālā American Ceramic Journal.)
Pašlaik alumīnija fosfāta stikliem ir plašs pielietojuma klāsts daudzās jomās, tostarp biomedicīnas materiālos, optiskajos komponentos, blīvēšanas materiālos un kodolatkritumu konservēšanā. Alumīnija fosfāta stiklu maza darbības rādiusa struktūra ir vairāk pētīta ar eksperimentālām metodēm, taču joprojām nav skaidra saistība starp tās īpašībām un vidēja diapazona struktūru. Un molekulārās dinamikas simulācijas ir kļuvušas par efektīvu pētījuma instrumentu, spēlējot arvien nozīmīgāku lomu stikla īpašību strukturālās izcelsmes atklāšanā.
Šajā pētījumā pētnieki apvienoja eksperimentālās un molekulārās dinamikas simulācijas metodes, lai izpētītu Al2O3 ietekmi uz alumīnija fosfāta stiklu šaura un vidēja diapazona struktūrām, un modelēja to strukturālās īpašības ar QSPR metodi. Simulācijas precizitāti pārbaudīja Ramana, sinhrotrona starojums un citi eksperimentālie rezultāti. Simulācijas rezultāti liecina, ka stikla tīklā esošās POP saites pakāpeniski tiek aizstātas ar PO-Al saitēm, mainoties Al2O3 saturam, kam ir liela nozīme stikla īpašību izmaiņā. Tikmēr alumīnija fosfāta stiklu garajām ķēdēm ir tendence veidot cikliskas struktūras, un tās koncentrējas 4- līdz 20-locekļu gredzenos. Turklāt, lai modelētu QSPR un veiksmīgi korelētu eksperimentālos datus ar simulācijas rezultātiem, tiek izmantoti trīs dažādi strukturālie deskriptori, kas parāda labu modeļa paredzamību. Šī metode sniedz jaunas idejas stikla īpašību prognozēšanai un stikla komponentu projektēšanai.
Šanhajas Optikas institūta progress alumīnija fosfāta stiklu struktūras un īpašību izpētē
1. att. Kvantitatīvs struktūras un īpašību attiecību modelis, kas izveidots, izmantojot (a) koordinācijas numuru (CN), (b) Qn un (c) alumīnija fosfāta stiklu gredzena izmēru kā strukturālos ievades datus. No kreisās uz labo pusi struktūras deskriptors Fnet tiek parādīts attiecīgi kā eksperimentālā blīvuma, cietības, stiklošanās temperatūras un termiskās izplešanās koeficienta funkcija.