Šanchajaus optikos ir tiksliųjų mašinų institutas (SIPM) daro pažangą tirdamas aliuminio fosfato stiklo struktūrą ir savybes

Neseniai mokslininkų Lili Hu komanda iš Kinijos mokslų akademijos (CAS) Šanchajaus Optikos ir tiksliųjų mašinų instituto (SIPM) Didelės galios lazerinių įrenginių technologijos laboratorijos priėmė metodą, apjungiantį eksperimentus, molekulinės dinamikos modeliavimą ir kiekybinius tyrimus. Struktūros ir savybių santykio (QSPR) analizė aliuminio fosfato stiklams tirti ir susijusių tyrimų rezultatai buvo paskelbti Amerikos keramikos draugijos žurnale „Journal of the American Ceramic Journal“.
Šiuo metu aliuminio fosfato stiklai yra plačiai naudojami daugelyje sričių, įskaitant biomedicinines medžiagas, optinius komponentus, sandarinimo medžiagas ir branduolinių atliekų kietėjimą. Aliuminio fosfato stiklų trumpojo nuotolio struktūra daugiau tyrinėta eksperimentiniais metodais, tačiau ryšys tarp jos savybių ir vidutinio nuotolio struktūros vis dar neaiškus. O molekulinės dinamikos modeliavimas tapo efektyvia tyrimo priemone, atliekančia vis svarbesnį vaidmenį atskleidžiant stiklo savybių struktūrinę kilmę.
Šiame tyrime mokslininkai sujungė eksperimentinius ir molekulinės dinamikos modeliavimo metodus, siekdami ištirti Al2O3 poveikį aliuminio fosfato stiklų trumpojo ir vidutinio nuotolio struktūroms, o jų struktūrines savybes modeliavo QSPR metodu. Modeliavimo tikslumas buvo patikrintas Ramano, sinchrotroninės spinduliuotės ir kitais eksperimentiniais rezultatais. Modeliavimo rezultatai rodo, kad stiklo tinkle esantys POP ryšiai pamažu pakeičiami PO-Al jungtimis, keičiantis Al2O3 kiekiui, o tai vaidina svarbų vaidmenį keičiant stiklo savybes. Tuo tarpu ilgos aliuminio fosfato stiklų grandinės yra linkusios formuoti ciklines struktūras ir yra susitelkusios 4-–20-nariuose žieduose. Be to, norint modeliuoti QSPR ir sėkmingai koreliuoti eksperimentinius duomenis su modeliavimo rezultatais, naudojami trys skirtingi struktūriniai aprašai, rodantys gerą modelio nuspėjamumą. Šis metodas suteikia naujų idėjų, kaip numatyti stiklo savybes ir projektuoti stiklo komponentus.
Šanchajaus optikos instituto pažanga tiriant aliuminio fosfato stiklų struktūrą ir savybes
1 pav. Kiekybinis struktūros ir savybių santykio modelis, sukurtas naudojant (a) koordinacinį skaičių (CN), (b) Qn ir (c) aliuminio fosfato stiklų žiedo dydį kaip struktūrinius duomenis. Iš kairės į dešinę struktūros deskriptorius Fnet rodomas atitinkamai kaip eksperimentinio tankio, kietumo, stiklėjimo temperatūros ir šiluminio plėtimosi koeficiento funkcija.