Ein Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Wang Pengfei vom Xi’an Institute of Optics and Precision Mechanics (XIOPM) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften hat durch umfassende Untersuchungen zur Raman-Spektroskopie und Kernspinresonanzspektroskopie (NMR) die Beziehung zwischen dem F/O-Verhältnis und der Struktur von Fluorphosphatglas aufgedeckt.
Die Ergebnisse waren veröffentlicht im Zeitschrift für nichtkristalline Festkörper.
Die Leistung von Fluorphosphatglas hängt eng mit seiner Struktur zusammen. Die Schlussfolgerungen aus allen bisherigen Untersuchungen zur Struktur von Fluorphosphatglas können jedoch nicht allgemein auf Gläser mit anderen Komponenten übertragen werden.
Da F- und O- die einzigen beiden existierenden Anionen sind und eine dominierende Rolle in der Struktur spielen, ist die Untersuchung der gemeinsamen Strukturmerkmale von Gläsern auf Grundlage des F/O-Verhältnisses ein effizienter Ansatz.
In dieser Studie bereiteten die Forscher eine Reihe von Glasproben auf Basis des Fluorphosphatsystems mit einem F/O-Verhältnisbereich von 1 bis 7 vor. Sie untersuchten die Inhaltsänderungen verschiedener Qn-Gruppen bei unterschiedlichen F/O-Verhältnissen anhand von Raman- und NMR-Spektren. Anschließend schlossen sie durch eine vergleichende Analyse der berichteten NMR-Spektren auf eine quantitative Beziehung zwischen F/O-Verhältnis und Qn-Eigenschaften.
Wenn das F/O-Verhältnis unter 0,3 liegt, ist der Q2-Gehalt am höchsten, während die Präsenz von Q0-Einheiten sehr gering ist und der Prozentsatz unter 10 % liegt. Wenn das F/O-Verhältnis im Bereich von 0,3 bis 1 liegt, bestehen die Qn-Einheiten mit dem höchsten Gehalt aus Q2- oder Q1-Einheiten.
Mit der Erhöhung des F/O-Verhältnisses nahm der Q1-Gehalt deutlich zu, während der Q0-Gehalt innerhalb dieses Bereichs relativ stabil blieb. Wenn das F/O-Verhältnis im Bereich von 1 bis 4 liegt, umfassen die Qn-Einheiten mit dem höchsten Gehalt Q0- oder Q1-Einheiten.
Wenn das F/O-Verhältnis größer als 4 ist, bestehen die Qn-Einheiten mit dem höchsten Gehalt aus Q0. Mit zunehmendem Sauerstoffgehalt verlangsamt sich die Wachstumsrate von Q0 und nähert sich der Sättigung.
Diese Studie enthüllt die allgemeine Regel der Auswirkung des F/O-Verhältnisses auf die Struktur von Fluorphosphatglas und bietet damit eine wirksame Möglichkeit, die Struktur und Eigenschaften von Glas anhand der Zusammensetzung vorherzusagen.
Mehr Informationen:
Xin Cao et al, Strukturelle Einblicke in Fluorphosphatgläser durch das F/O-Verhältnis: Fallstudie von Raman- und NMR-Spektren, Zeitschrift für nichtkristalline Festkörper (2024). DOI: 10.1016/j.jnoncrysol.2024.123065