NaPO3-AlF3-CaF2体系玻璃的微观结构建模仿真与测试研究

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氟磷酸盐玻璃是由磷酸盐和氟化物等材料混合烧制而成的一种玻璃,其同时具有氟化物玻璃和磷酸盐玻璃相关的一些特性,在近年来引起了越来越多的关注与研究。为了研究氟化物的引入以及含量的变化对氟磷酸盐玻璃结构与性能所产生的影响,本文采用熔融烧制法制备得到了一系列NaPO3-AlF3-CaF2(NACPF)体系氟磷酸盐玻璃。为了研究玻璃微观网络结构对其宏观性能的影响,本文通过实验测量分析了玻璃的微观结构,并结合软件仿真建立相应的玻璃结构模型。通过实验与仿真相结合的方式系统分析了解了NACPF体系玻璃的结构变换以及其微观结构对宏观性能的影响。基本物理化学性能的测量显示该体系的玻璃都表现出较好的玻璃性能,但氟化物含量的提升会使玻璃的物理性能变差。相较于对比组NaPO3-Al2O3-CaO(NACPO)磷酸盐玻璃,NACPF体系氟磷酸盐玻璃有着更好的抗水解性能。红外和拉曼光谱的分析则表明氟化物的引入会破坏原有的磷酸长链结构,部分F元素会取代磷酸基团之间的桥氧导致原有结构断裂产生新的结构。基于网络和微晶结构的视角,使用Materials Studio软件对玻璃内部可能存在的微结构进行模型构建与仿真。将仿真得到的拉曼光谱与实际测量结果相对比,证实氟化物对玻璃内部结构的影响,完善了玻璃结构的分析。同时仿真的结果还表明进入磷酸基团后的F元素会影响基团中P-O键的平均键长,使得受影响的基团稳定性更高,这也印证了氟磷酸盐玻璃相较于磷酸盐玻璃有着更好的化学稳定性。氟磷酸盐玻璃本身是一种良好的稀土离子载体,可应用于各种稀土离子掺杂的相关研究,而优良的化学稳定性使其有应用于一些复杂环境的可能。同时NACPF体系玻璃有机亲和性的发现以及对其内部结构的深入研究为其后续有机无机结合的研究思路提供了一定基础。
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