Institut Optik dan Mesin Presisi Shanghai (SIPM) Membuat Kemajuan dalam Mempelajari Struktur Dan Sifat Kaca Aluminium Fosfat

Baru-baru ini, tim peneliti Lili Hu dari Laboratorium Teknologi Unit Laser Daya Tinggi, Institut Optik dan Mesin Presisi Shanghai (SIPM), Akademi Ilmu Pengetahuan China (CAS), telah mengadopsi metode yang menggabungkan eksperimen, simulasi dinamika molekul, dan Kuantitatif Analisis Structure-Property Relationship (QSPR) untuk mempelajari gelas aluminium fosfat, dan hasil penelitian terkait telah dipublikasikan di Journal of American Ceramic Journal of American Ceramic Society.)
Saat ini, gelas aluminium fosfat memiliki beragam aplikasi di banyak bidang, termasuk bahan biomedis, komponen optik, bahan penyegel, dan pengawetan limbah nuklir. Struktur jangka pendek gelas aluminium fosfat telah dipelajari lebih lanjut melalui teknik eksperimental, namun hubungan antara sifat-sifatnya dan struktur jangka menengah masih belum jelas. Dan simulasi dinamika molekul telah menjadi alat yang efektif untuk penelitian ini, karena memainkan peran yang semakin penting dalam mengungkap asal usul struktur sifat kaca.
Dalam studi ini, para peneliti menggabungkan metode simulasi eksperimental dan dinamika molekul untuk menyelidiki pengaruh Al2O3 pada struktur jangka pendek dan menengah gelas aluminium fosfat, dan memodelkan sifat strukturalnya dengan metode QSPR. Keakuratan simulasi diverifikasi oleh Raman, radiasi sinkrotron dan hasil eksperimen lainnya. Hasil simulasi menunjukkan bahwa ikatan POP yang terdapat pada jaringan kaca secara bertahap digantikan oleh ikatan PO-Al dengan adanya perubahan kandungan Al2O3 yang berperan penting dalam perubahan sifat kaca. Sementara itu, rantai panjang pada gelas aluminium fosfat cenderung membentuk struktur siklik dan terkonsentrasi pada cincin beranggota 4- hingga 20-. Selain itu, tiga deskriptor struktural yang berbeda digunakan untuk memodelkan QSPR dan berhasil mengkorelasikan data eksperimen dengan hasil simulasi, sehingga menunjukkan prediktabilitas model yang baik. Metode ini memberikan ide-ide baru untuk memprediksi sifat kaca dan merancang komponen kaca.
Kemajuan Institut Optik Shanghai dalam mempelajari struktur dan sifat gelas aluminium fosfat
Gambar 1 Model hubungan struktur-properti kuantitatif dibuat dengan menggunakan (a) bilangan koordinasi (CN), (b) Qn, dan (c) ukuran cincin gelas aluminium fosfat sebagai masukan struktural. Dari kiri ke kanan, deskriptor struktur Fnet masing-masing ditampilkan sebagai fungsi kerapatan eksperimental, kekerasan, suhu transisi gelas, dan koefisien muai panas.