Сотрудники кафедры физической химии химического факультета МГУ совместно с коллегами из НИТУ МИСИС, ННГУ имени Н.И. Лобачевского и Университета Гренобль Альпы (Франция) охарактеризовали термодинамические свойства стекол на основе оксидов кальция и алюминия с добавкой оксида титана. Определение значений фундаментальных физико-химических величин позволит предсказать важнейшие свойства стекол и оптимизировать технологии их получения. Работа выполнена в рамках национального проекта «Наука и университеты», который призван поддерживать и развивать научную деятельность и образование в России. Исследование профинансировано Министерством науки и высшего образования Российской Федерации, проект № 075-15-2021-1353. Результат опубликован в издании Journal of Non-Crystalline Solids.
Основным компонентом стекол обычно выступает стеклообразующий оксид. Например, оксид кремния, фосфора, бора. Помимо основного вещества, в составе стекол присутствуют дополнительные компоненты, придающие им интересные и полезные свойства.
«В нашей работе в качестве основного компонента был выбран оксид алюминия, – рассказал первый автор работы, сотрудник лаборатории химической термодинамики кафедры физической химии Химического факультета МГУ Анатолий Архипин. – В некотором роде это экзотика. Стекла на основе оксида алюминия подробно не изучены и мало распространены. Тем не менее, их допирование может привести к довольно интересным и даже необычным функциональным свойствам. Например, если сравнивать вязкость стекол на основе Ca и Al, а также Ca, Al, но с добавками титана, то есть данные, что вязкость стекол уменьшается. Предположительно, такое же поведение прогнозируется и для расплавов. А это означает, что добавки оксида титана к алюмокальциевым стеклам могут снизить экономические затраты в промышленности при производстве этих стекол».
Исследователи решили ввести в стекло на основе оксидов алюминия и кальция добавку оксида титана. Термодинамические и структурные данные для такой трехкомпонентной системы практически отсутствуют, хотя они необходимы для предсказания свойств стеклообразующих систем с большим числом компонентов: выявлению устойчивости стекол по отношению к их кристаллическим аналогам, предсказанию вязкости расплавов для оптимизации промышленных технологий получения.
«Мы провели ряд экспериментов на высокоточном термохимическом оборудовании и определили значения теплоемкости, стандартной энтропии и энтальпии образования стекол в данной системе, – объяснил Анатолий Архипин. – Поскольку все термодинамические свойства связаны между собой строгими математическими соотношениями, полученные значения позволят рассчитать другие свойства данной системы, экспериментальное определение которых затруднено. К тому же использование полученных параметров позволит описать системы с большим числом компонентов на уровне точности, сопоставимом с экспериментом. Так удается сократить количество дорогостоящих длительных экспериментов и получить надежную информацию, которая будет использована при производстве стекол с особыми функциональными свойствами».
В будущем авторы планируют продолжить исследование свойств в этой трехкомпонентной системе, а также изучить влияние добавки оксида магния на термодинамические, динамические и структурные свойства подобных стекол.
Автор текста: Алина Сагитова/пресс-служба химического факультета МГУ
Нет комментариев