Shanghai Institute of Optics and Precision Machinery (SIPM) gör framsteg när det gäller att studera strukturen och egenskaperna hos aluminiumfosfatglas

Nyligen har ett team av forskare Lili Hu från Laboratory of High Power Laser Unit Technology, Shanghai Institute of Optics and Precision Machinery (SIPM), Chinese Academy of Sciences (CAS), antagit en metod som kombinerar experiment, simuleringar av molekylär dynamik och kvantitativ Structure-Property Relationship (QSPR) analys för att studera aluminiumfosfatglas, och relaterade forskningsresultat har publicerats i Journal of the American Ceramic Journal of the American Ceramic Society.)
För närvarande har aluminiumfosfatglas ett brett användningsområde inom många områden, inklusive biomedicinska material, optiska komponenter, tätningsmaterial och härdning av kärnavfall. Kortdistansstrukturen hos aluminiumfosfatglas har studerats mer med hjälp av experimentella tekniker, men sambandet mellan dess egenskaper och medeldistansstrukturen är fortfarande oklart. Och simuleringar av molekylär dynamik har blivit ett effektivt verktyg för studien och spelar en allt viktigare roll för att avslöja glasets strukturella ursprung.
I den här studien kombinerade forskarna experimentella och molekylära dynamiksimuleringsmetoder för att undersöka effekten av Al2O3 på kort- och mellandistansstrukturerna hos aluminiumfosfatglas, och modellerade deras strukturella egenskaper med QSPR-metoden. Simuleringens noggrannhet verifierades av Raman, synkrotronstrålning och andra experimentella resultat. Simuleringsresultaten visar att POP-bindningarna som finns i glasnätverket gradvis ersätts av PO-Al-bindningar med förändringen av Al2O3-halten, vilket spelar en viktig roll i förändringen av glasegenskaper. Samtidigt är de långa kedjorna i aluminiumfosfatglasen benägna att bilda cykliska strukturer och är koncentrerade i de 4- till 20-ledade ringarna. Dessutom används tre olika strukturella deskriptorer för att modellera QSPR och framgångsrikt korrelera experimentdata med simuleringsresultaten, vilket visar god modellförutsägbarhet. Denna metod ger nya idéer för att förutsäga glasegenskaper och designa glaskomponenter.
Framsteg för Shanghai Institute of Optics i att studera strukturen och egenskaperna hos aluminiumfosfatglas
Fig. 1 Kvantitativ struktur-egenskapsrelationsmodell etablerad genom att använda (a) koordinationsnummer (CN), (b) Qn och (c) ringstorlek hos aluminiumfosfatglas som strukturella insatser. Från vänster till höger visas strukturdeskriptorn Fnet som en funktion av experimentell densitet, hårdhet, glasövergångstemperatur respektive termisk expansionskoefficient.