Шанхайският институт по оптика и прецизни машини (SIPM) постига напредък в изучаването на структурата и свойствата на алуминиевото фосфатно стъкло

Наскоро екип от изследовател Лили Ху от Лабораторията по технология на лазерни модули с висока мощност, Шанхайския институт по оптика и прецизни машини (SIPM), Китайската академия на науките (CAS), прие метод, съчетаващ експерименти, симулации на молекулярна динамика и количествени Анализът на връзката структура-свойства (QSPR) за изследване на алуминиеви фосфатни стъкла и резултатите от свързаните изследвания са публикувани в Journal of the American Ceramic Journal на American Ceramic Society.)
Понастоящем стъклата от алуминиев фосфат имат широк спектър от приложения в много области, включително биомедицински материали, оптични компоненти, уплътнителни материали и втвърдяване на ядрени отпадъци. Структурата на стъклата от алуминиев фосфат с малък обхват е изследвана повече чрез експериментални техники, но връзката между неговите свойства и структурата със среден обхват все още е неясна. А симулациите на молекулярната динамика се превърнаха в ефективен инструмент за изследването, играейки все по-важна роля в разкриването на структурния произход на свойствата на стъклото.
В това проучване изследователите комбинираха експериментални и симулационни методи на молекулярна динамика, за да изследват ефекта на Al2O3 върху структурите на къси и средни разстояния на алуминиеви фосфатни стъкла и моделираха техните структурни свойства чрез QSPR метода. Точността на симулацията беше проверена чрез Раман, синхротронно лъчение и други експериментални резултати. Резултатите от симулацията показват, че POP връзките, присъстващи в стъклената мрежа, постепенно се заменят с PO-Al връзки с промяната на съдържанието на Al2O3, което играе важна роля в промяната на свойствата на стъклото. Междувременно дългите вериги в алуминиево-фосфатните стъкла са склонни да образуват циклични структури и са концентрирани в 4- до 20-членните пръстени. В допълнение, три различни структурни дескриптора се използват за моделиране на QSPR и успешно корелиране на експерименталните данни с резултатите от симулацията, показвайки добра предвидимост на модела. Този метод предоставя нови идеи за прогнозиране на свойствата на стъклото и проектиране на стъклени компоненти.
Напредъкът на Шанхайския институт по оптика в изучаването на структурата и свойствата на стъклата от алуминиев фосфат
Фигура 1 Модел на количествена връзка структура-свойство, установен чрез използване на (a) координационно число (CN), (b) Qn и (c) размер на пръстена на стъкла от алуминиев фосфат като структурни входове. Отляво надясно структурният дескриптор Fnet е показан като функция съответно на експерименталната плътност, твърдост, температура на встъкляване и коефициент на топлинно разширение.