El Instituto de Óptica y Maquinaria de Precisión de Shanghai (SIPM) avanza en el estudio de la estructura y propiedades del vidrio de fosfato de aluminio

Recientemente, un equipo de la investigadora Lili Hu del Laboratorio de Tecnología de Unidades Láser de Alta Potencia del Instituto de Óptica y Maquinaria de Precisión de Shanghai (SIPM) de la Academia China de Ciencias (CAS), ha adoptado un método que combina experimentos, simulaciones de dinámica molecular y análisis cuantitativos. El análisis de la relación estructura-propiedad (QSPR) para estudiar los vidrios de fosfato de aluminio y los resultados de la investigación relacionados se publicaron en el Journal of the American Ceramic Journal of the American Ceramic Society).
Actualmente, los vidrios de fosfato de aluminio tienen una amplia gama de aplicaciones en muchos campos, incluidos materiales biomédicos, componentes ópticos, materiales de sellado y curado de residuos nucleares. La estructura de corto alcance de los vidrios de fosfato de aluminio se ha estudiado más mediante técnicas experimentales, pero la relación entre sus propiedades y la estructura de medio alcance aún no está clara. Y las simulaciones de dinámica molecular se han convertido en una herramienta eficaz para el estudio, desempeñando un papel cada vez más importante a la hora de revelar el origen estructural de las propiedades del vidrio.
En este estudio, los investigadores combinaron métodos experimentales y de simulación de dinámica molecular para investigar el efecto del Al2O3 en las estructuras de corto y medio alcance de los vidrios de fosfato de aluminio, y modelaron sus propiedades estructurales mediante el método QSPR. La precisión de la simulación fue verificada mediante Raman, radiación sincrotrón y otros resultados experimentales. Los resultados de la simulación muestran que los enlaces POP presentes en la red de vidrio son reemplazados gradualmente por enlaces PO-Al con el cambio del contenido de Al2O3, lo que juega un papel importante en el cambio de las propiedades del vidrio. Mientras tanto, las largas cadenas de los vidrios de fosfato de aluminio son propensas a formar estructuras cíclicas y se concentran en los anillos de miembros 4- a 20-. Además, se utilizan tres descriptores estructurales diferentes para modelar el QSPR y correlacionar exitosamente los datos experimentales con los resultados de la simulación, lo que muestra una buena previsibilidad del modelo. Este método proporciona nuevas ideas para predecir las propiedades del vidrio y diseñar componentes de vidrio.
Avances del Instituto de Óptica de Shanghai en el estudio de la estructura y propiedades de los vidrios de fosfato de aluminio
Fig. 1 Modelo cuantitativo de relación estructura-propiedad establecido utilizando (a) número de coordinación (CN), (b) Qn y (c) tamaño de anillo de vidrios de fosfato de aluminio como entradas estructurales. De izquierda a derecha, el descriptor de estructura Fnet se muestra como una función de la densidad experimental, la dureza, la temperatura de transición vítrea y el coeficiente de expansión térmica, respectivamente.