Shanghai optika- ja täppismasinate instituut (SIPM) teeb edusamme alumiiniumfosfaatklaasi struktuuri ja omaduste uurimisel

Hiljuti võttis Hiina Teaduste Akadeemia (CAS) Shanghai optika- ja täppismasinate instituudi (SIPM) suure võimsusega laserseadmete tehnoloogia laboratooriumi teadlaste Lili Hu meeskond kasutusele meetodi, mis ühendab katsed, molekulaardünaamika simulatsioonid ja kvantitatiivsed meetodid. Struktuuri-omaduste suhte (QSPR) analüüs alumiiniumfosfaatklaaside uurimiseks ja sellega seotud uurimistulemused on avaldatud ajakirjas Journal of the American Ceramic Journal of the American Ceramic Society.)
Praegu on alumiiniumfosfaatklaasidel lai valik rakendusi paljudes valdkondades, sealhulgas biomeditsiinilised materjalid, optilised komponendid, tihendusmaterjalid ja tuumajäätmete kõvenemine. Alumiiniumfosfaatklaaside lühitoimelist struktuuri on rohkem uuritud eksperimentaalsete võtete abil, kuid selle omaduste seos keskmise ulatusega struktuuriga on siiani ebaselge. Ja molekulaardünaamika simulatsioonid on muutunud tõhusaks uuringuvahendiks, mängides üha olulisemat rolli klaasi omaduste struktuurse päritolu paljastamisel.
Selles uuringus ühendasid teadlased eksperimentaalse ja molekulaarse dünaamika simulatsioonimeetodid, et uurida Al2O3 mõju alumiiniumfosfaatklaaside lühi- ja keskmise ulatusega struktuuridele, ning modelleerisid nende struktuuriomadusi QSPR meetodil. Simulatsiooni täpsust kontrolliti Ramani, sünkrotronikiirguse ja muude katsetulemustega. Simulatsiooni tulemused näitavad, et klaasivõrgus esinevad POP sidemed asenduvad järk-järgult PO-Al sidemetega koos Al2O3 sisalduse muutumisega, mis mängib olulist rolli klaasi omaduste muutumises. Samal ajal on alumiiniumfosfaatklaaside pikad ahelad kalduvad moodustama tsüklilisi struktuure ja on koondunud 4- kuni 20-liikmelistesse rõngastesse. Lisaks kasutatakse QSPR modelleerimiseks ja eksperimentaalsete andmete edukaks korreleerimiseks simulatsioonitulemustega kolme erinevat struktuurideskriptorit, mis näitab head mudeli prognoositavust. See meetod annab uusi ideid klaasi omaduste ennustamiseks ja klaasikomponentide kujundamiseks.
Shanghai optikainstituudi edusammud alumiiniumfosfaatklaaside struktuuri ja omaduste uurimisel
Joonis 1. Struktuuri ja omaduste kvantitatiivne seosmudel, mis on loodud kasutades (a) koordinatsiooniarvu (CN), (b) Qn ja (c) alumiiniumfosfaatklaaside rõnga suurust struktuursete sisenditena. Vasakult paremale on struktuuri deskriptor Fnet näidatud vastavalt katsetiheduse, kõvaduse, klaasistumistemperatuuri ja soojuspaisumisteguri funktsioonina.