Molecular Dynamics Simulations of the Structure and Properties of Low Silica Yttrium Aluminosilicate Glasses

硅酸铝 材料科学 协调数 分子动力学 离子 氧化铝 矿物学 氧化钇稳定氧化锆 模数 复合材料 化学工程 氧化物 冶金 立方氧化锆 陶瓷 化学 计算化学 有机化学 工程类 催化作用
作者
Jincheng Du
出处
期刊:Journal of the American Ceramic Society [Wiley]
卷期号:92 (1): 87-95 被引量:98
标识
DOI:10.1111/j.1551-2916.2008.02853.x
摘要

Yttrium aluminosilicate glasses are of technological importance in photonics, nuclear waste disposal, and as a delivery vehicle for radiation therapy. Their structures are also of great interest in glass science to elucidate the principles of glass formation and structures. We provide classical molecular dynamics simulation results of a series of yttrium aluminosilicate glasses with low silica concentration. Detailed structure analyses including coordination number, pair and bond angle distributions, Si–O and Al–O network structures, and primitive ring statistics are reported. It is found that the average aluminum coordination number decreases from 4.7 to 4.2 with increasing silica content from 5 to 20 mol%, while maintaining alumina at 55 mol%. Four‐coordinated aluminum ions increase from 40% to 84% in the series and the fraction of edge‐sharing alumino‐oxygen polyhedra decreases, indicating an increased network former role of aluminum ions with increasing silica content. Physical properties such as elastic constant, bulk modulus, Young's modulus, and Possion's ratio were calculated. The results show a decrease of bulk, Young's, and shear moduli with increasing silica and decreasing yttria contents that is in good agreement with experimental data.
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