L'Institut d'Òptica i Maquinària de Precisió de Xangai (SIPM) avança en l'estudi de l'estructura i les propietats del vidre de fosfat d'alumini

Recentment, un equip de la investigadora Lili Hu del Laboratori de Tecnologia d'Unitat Làser d'Alta Potència de l'Institut d'Òptica i Maquinària de Precisió de Xangai (SIPM), l'Acadèmia Xinesa de Ciències (CAS), ha adoptat un mètode que combina experiments, simulacions de dinàmica molecular i quantitativa. L'anàlisi de la relació estructura-propietat (QSPR) per estudiar els vidres de fosfat d'alumini i els resultats de la investigació relacionats s'han publicat al Journal of the American Ceramic Journal of the American Ceramic Society.)
Actualment, els vidres de fosfat d'alumini tenen una àmplia gamma d'aplicacions en molts camps, inclosos materials biomèdics, components òptics, materials de segellat i curació de residus nuclears. L'estructura de curt abast dels vidres de fosfat d'alumini s'ha estudiat més mitjançant tècniques experimentals, però encara no està clara la relació entre les seves propietats i l'estructura de mig rang. I les simulacions de dinàmica molecular s'han convertit en una eina eficaç per a l'estudi, jugant un paper cada cop més important a l'hora de revelar l'origen estructural de les propietats del vidre.
En aquest estudi, els investigadors van combinar mètodes experimentals i de simulació de dinàmica molecular per investigar l'efecte de l'Al2O3 en les estructures de curt i mig rang dels vidres de fosfat d'alumini i van modelar les seves propietats estructurals mitjançant el mètode QSPR. La precisió de la simulació es va verificar mitjançant Raman, radiació de sincrotró i altres resultats experimentals. Els resultats de la simulació mostren que els enllaços POP presents a la xarxa de vidre es substitueixen gradualment per enllaços PO-Al amb el canvi del contingut d'Al2O3, que juga un paper important en el canvi de les propietats del vidre. Mentrestant, les cadenes llargues dels vidres de fosfat d'alumini són propenses a formar estructures cícliques i es concentren als anells 4- a 20-membrats. A més, s'utilitzen tres descriptors estructurals diferents per modelar el QSPR i correlacionar amb èxit les dades experimentals amb els resultats de la simulació, mostrant una bona predictibilitat del model. Aquest mètode proporciona noves idees per predir les propietats del vidre i dissenyar components de vidre.
Progrés de l'Institut d'Òptica de Xangai en l'estudi de l'estructura i propietats dels vidres de fosfat d'alumini
Fig. 1 Model quantitatiu de relació estructura-propietat establert utilitzant (a) el nombre de coordinació (CN), (b) Qn i (c) la mida de l'anell de vidres de fosfat d'alumini com a inputs estructurals. D'esquerra a dreta, el descriptor d'estructura Fnet es mostra en funció de la densitat experimental, la duresa, la temperatura de transició vítrea i el coeficient d'expansió tèrmica, respectivament.