Šanghajský institut optiky a přesných strojů (SIPM) pokročil ve studiu struktury a vlastností hliníkového fosfátového skla

Nedávno tým výzkumnice Lili Hu z Laboratoře technologie vysokovýkonných laserových jednotek, Shanghai Institute of Optics and Precision Machinery (SIPM), Čínské akademie věd (CAS), přijal metodu kombinující experimenty, simulace molekulární dynamiky a kvantitativní Analýza vztahu mezi strukturou a vlastnostmi (QSPR) pro studium skel z fosforečnanu hliníku a související výsledky výzkumu byly zveřejněny v Journal of the American Ceramic Journal of the American Ceramic Society.)
V současné době mají fosforečnanová skla širokou škálu aplikací v mnoha oblastech, včetně biomedicínských materiálů, optických komponent, těsnících materiálů a vytvrzování jaderného odpadu. Struktura skel s krátkým dosahem fosforečnanu hlinitého byla studována spíše pomocí experimentálních technik, ale vztah mezi jejími vlastnostmi a strukturou středního dosahu je stále nejasný. A simulace molekulární dynamiky se staly účinným nástrojem pro studium, hrající stále důležitější roli při odhalování strukturálního původu vlastností skla.
V této studii výzkumníci zkombinovali experimentální metody a simulační metody molekulární dynamiky, aby prozkoumali vliv Al2O3 na krátkodosahové a střední struktury aluminiumfosfátových skel a modelovali jejich strukturní vlastnosti metodou QSPR. Přesnost simulace byla ověřena Ramanem, synchrotronovým zářením a dalšími experimentálními výsledky. Výsledky simulace ukazují, že POP vazby přítomné ve skleněné síti jsou postupně nahrazovány vazbami PO-Al se změnou obsahu Al2O3, který hraje důležitou roli ve změně vlastností skla. Mezitím jsou dlouhé řetězce ve skel z fosforečnanu hlinitého náchylné k vytváření cyklických struktur a jsou koncentrovány v 4- až 20-členných kruzích. Kromě toho jsou k modelování QSPR použity tři různé strukturní deskriptory a úspěšně korelují experimentální data s výsledky simulace, což ukazuje na dobrou předvídatelnost modelu. Tato metoda poskytuje nové nápady pro predikci vlastností skla a navrhování součástí skla.
Pokrok Šanghajského institutu optiky ve studiu struktury a vlastností hliníkových fosfátových skel
Obr. 1 Kvantitativní model vztahu struktura-vlastnost vytvořený pomocí (a) koordinačního čísla (CN), (b) Qn a (c) velikosti prstence aluminiumfosfátových skel jako strukturálních vstupů. Zleva doprava je znázorněn deskriptor struktury Fnet jako funkce experimentální hustoty, tvrdosti, teploty skelného přechodu a koeficientu tepelné roztažnosti.