化二氧化玻璃:基于晶体模型的结构反应和缺陷相互作用的研究
Astrid Marthinsen1, Bartłomiej Adam Gaweł2, Gabriela Kazimiera Warden3
1SINTEF Industry, Forskningsveien 1, 0373, Oslo, Norway.
Physical chemistry chemical physics : PCCP
|January 31, 2025
概括
在玻璃中的兴奋剂通过改变网络结构来增加粘度,而不仅仅是通过替代. 这导致氧气空缺和潜在的OH组不稳定性,影响高科技材料的性能.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 固态化学 固态化学
- 计算材料科学科学 计算材料科学
背景情况:
- 高纯度石英玻璃对于半导体和光伏至关重要.
- 在二氧化 (SiO2) 玻璃中 (Al) 兴奋剂 (20-100 ppm) 会增加粘度.
- 在SiO2玻璃中,Al诱导的粘度增加背后的机制尚未完全理解.
研究的目的:
- 研究SiO2.2中Al的局部结构和电子效应.
- 阐明Al-化二氧化玻璃粘度增加的机制.
- 将计算结果与实验数据相关联.
主要方法:
- 密度函数理论 (DFT) 的计算.
- 石英和克里斯托巴利特多态的比较.
- 对氧气空位形成和Al替代能量的分析.
- 研究Al-H2O相互作用和OH组稳定性的研究.
主要成果:
- 在密度较高的石英中优于克里斯托巴利特.
- 在两种多态体中,氧空位 (Vo) 形成在Al附近稳定.
- 本身并没有加强SiO2网络,而是促进网络重建.
- 胺兴奋剂导致氧气空缺,并可以破坏OH组的稳定.
- DFT结果与实验光和FT-IR数据保持一致.
结论:
- 化剂增加SiO2玻璃粘度主要是通过结构修改,而不是直接增强.
- 引起的网络重建,包括氧气空缺和潜在的环形尺寸变化,是关键.
- 可以影响OH组的稳定性,进一步导致粘度变化.
- 了解这些机制对于优化高纯度石英玻璃用于技术应用至关重要.
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