СТРУКТУРА И ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТЕКЛООБРАЗУЮЩЕЙ СИСТЕМЫ Na2O – Al2O3 – P2O5

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Одним из применений фосфатных стекол является их использование в качестве матриц для иммобилизации радиоактивных отходов. Для выбора наиболее подходящих для данной цели составов необходим метод, позволяющий изучать как структуру стекла, так и физико-химические свойства. В настоящей работе методом классической молекулярной динамики рассчитан ряд физико-химических свойств стекла Na2O – Al2O3 – P2O5 с массовой долей компонентов 0.25 – 0.25 – 0.5, соответственно, перспективного в качестве основы для иммобилизационных матриц. Модельная система была плавно охлаждена от расплава при Т = 2300 К до комнатной температуры. В процессе охлаждения получены температурные зависимости плотности и теплоемкости. Теплоемкость стекла при комнатной температуре по данным расчета составляет 1.17 Дж/(г*К). Рассчитанные зависимости среднеквадратических смещений ионов от времени, а также функции радиального распределения показывают, что ансамбль при комнатной температуре представляет собой стекло. Проведен детальный анализ локальной структуры, включая статистику локальных окружений [MeOn]. Показано, что стекло содержит тетраэдры [PO4], которые комбинированы с [AlO5] и [AlO6], а также разнообразными натриевыми группировками. Максимумы функций радиального распределения P-O, Al-O и Na-O лежат при 1.50, 2.02 и 2.45 Å, соответственно, что хорошо согласуются с данными других авторов о структуре близких по составу стекол. Кроме того, рассчитанная для комнатной температуры плотность 2.526 г см3попадает в интервал типичных плотностей фосфатных стекол и соответствует экспериментально измеренной. Рассчитаны плотности колебательных состояний ионов в стекле. Характерные частоты колебаний алюминия и фосфора в области 450 см-1и 1300 см-1, соответственно, согласуются с экспериментальными спектрами комбинационного рассеяния света в полуколичественном отношении. Для расчета коэффициента теплопроводности использовали неравновесную молекулярную динамику, моделируя поток тепла в ячейке и регистрируя установившийся температурный градиент. Рассчитанные коэффициенты теплопроводности и температуропроводности равны 1.35 Вт/(м*К) и 4.57*10-7 м2/с, соответственно.

Об авторах

Д. О. Закирьянов

Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН

Email: dmitryz.ihte@gmail.com
Екатеринбург, Россия

М. И. Власов

Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: dmitryz.ihte@gmail.com
Екатеринбург, Россия

Список литературы

  1. SenguptaP. //J.Hazard.Mater. 2012.235-236. P. 17-28. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2012.07.039
  2. Oelkers E.H., Montel J.-M. // Elements. 2008.4(2). P. 113-116. https://doi.org/10.2113/gselements.4.2.113
  3. Мусатов Н.Д., Кащеев В.А., Тучкова А.И. и др. // Вопр. атом. науки и тех. 2020.№ 1 (102). Стр. 66–75.
  4. Власов М.И., Ведерникова Е.Д., Першина С.В. и др. // Стекло и керамика. 2025.98(1), Стр. 03–16.
  5. Brow R.K. // J. Non-Cryst. Solids. 2000.263-264. P. 1—28. https://doi.org/10.1016/s0022-3093(99)00620-1
  6. Zielniok D., Cramer C., Eckert H. // Chem. Mater. 2007.19.P. 3162–3170. https://doi.org/10.1021/cm0628092
  7. Balyakin I.A., Vlasov M.I., Pershina S.V., Tsymbarenko D.M., Rempel A.A. // Comput. Mater. Sci. 2024.239. P. 112979. https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2024.112979
  8. Muñoz F., Rocherullé J., Ahmed I., Hu L. Springer Handbook of Glass. Springer. 2019. P. 553–594.
  9. Muñoz F., Montagne L., Pascual L., Durán A. // J. Non-Cryst. Solids. 2009.355. P. 2571–2577. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2009.09.013
  10. Grest G.S., Cohen M.H. // Phys. Rev. B. 1980.21. P. 4113–4117. https://doi.org/10.1103/physrevb.21.4113
  11. Hoppe U., Walter G., Kranold R., Stachel D. // J. Non-Cryst. Solids. 2000.263-264. P. 29-47. https://doi.org/10.1016/s0022-3093(99)00621-3
  12. Liu H., Zhao Z., Zhou Q. et al. // C. r., Géosci. 2022.354(S1). P. 35-77. https://doi.org/10.5802/crgeos.116
  13. Jahn S. // Rev. Mineral. Geochem. 2022.87(1). P. 193-227. https://doi.org/10.2138/rmg.2022.87.05
  14. Pedone A // J. Phys. Chem. C. 2009.113(49). P. 20773-20784. https://doi.org/10.1021/jp9071263
  15. Buckingham R.A. // Proc. R. Soc. Lond. 1938.168(933). P. 264-283. https://doi.org/10.1098/rspa.1938.0173
  16. Al-Hasni B., Mountjoy G. // J. Non-Cryst. Solids. 2010.357(15). P. 2775-2779. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2010.10.010
  17. Du J., Cormack A.N. // J. Non-Cryst. Solids. 2004.349. P. 66-79. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2004.08.264
  18. Lv X., Xu Z., Li J., Chen J., Liu Q. // J. Mol. Liq. 2016.221. P. 26-32. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2016.05.064
  19. Zakiryanov D., Kobelev M., Tkachev N. // Fluid Ph. Equilib. 2019.506. P. 112369. https://doi.org/10.1016/j.fluid.2019.112369
  20. Thompson A.P., Aktulga H.M., Berger R. et al. // Comput. Phys. Commun. 2021.271. P. 108171. https://doi.org/10.1016/j.cpc.2021.108171
  21. Thomas M., Brehm M., Fligg R., Vöhringer P., Kirchner B. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2013.15(18). P. 6608. https://doi.org/10.1039/c3cp44302g
  22. Chanshetti U.B., Shelke V.A., Jadhav S.M. et al. // FU Phys Chem Technol. 2011.9(1).P. 29-36. https://doi.org/10.2298/fupct1101029c
  23. Brow R.K. // J. Am. Ceram. Soc. 1993.76(4). P. 919-928. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1993.tb05315.x
  24. Alhasni B. // J. Non-Cryst. Solids. 2021.578. P. 121338. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2021.121338
  25. Shvanskaya L.V., Yakubovich O.V., Belik V.I. // Crystallogr. Rep. 2016.61. P. 786–795. https://doi.org/10.1134/s1063774516050205
  26. Hoppe U. // J. Non-Cryst. Solids. 1996.195. P. 138–147. https://doi.org/10.1016/0022-3093(95)00524-2
  27. Schneider J., Oliveira S.L., Nunes L.A.O., Panepucci H. // J. Am. Ceram. Soc. 2003.86. P. 317–324. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.2003.tb00017.x
  28. Yadav A.K., Singh P. // RSC Advances. 2015.5(83). P. 67583-67609. https://doi.org/10.1039/c5ra13043c
  29. Li W., He D., Li S., Chen W., Hu L. // Ceram. Int. 2014.40(8).P. 13389-13393. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2014.05.056
  30. Hudgens J.J., Brow R.K., Tallant, Martin S.W. // J. Non-Cryst. Solids. 1998.223(1-2).P. 21-31. https://doi.org/10.1016/s0022-3093(97)00347-5
  31. Boucher S., Piwowarczyk J., Marzke R.F. et al. // J. Europ. Ceram. Soc. 2005.25. P. 1333–1340. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2005.01.016
  32. Goj P., Handke B., Stoch P. // Sci. Rep. 2022.12. P. 17495. https://doi.org/10.1038/s41598-022-22432-5
  33. Freitas A.M., Bell M.J.V., Anjos V. et al. J. Lumin. 2015.169. P. 353–358. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2015.08.062
  34. Sengupta P. // J. Hazard. Mater. 2012.235-236. P. 17–28. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2012.07.039
  35. Oelkers E.H., Montel J.-M. // Elements. 2008.4(2). P. 113–116. https://doi.org/10.2113/gselements.4.2.113
  36. Musatov N.D., Kashcheev V.A., Tuchkova A.I. i dr. // Vopr. atom. nauki i tekh. 2020.№ 1 (102). P. 66–75.
  37. Vlasov M.I., Vedernikova E.D., Pershina S.V. i dr. // Steklo i keramika. 2025.98(1), P. 03–16.
  38. Brow R.K. // J. Non-Cryst. Solids. 2000.263-264. P. 1–28. https://doi.org/10.1016/s0022-3093(99)00620-1
  39. Zielniok D., Cramer C., Eckert H. // Chem. Mater. 2007.19.P. 3162–3170. https://doi.org/10.1021/cm0628092
  40. Balyakin I.A., Vlasov M.I., Pershina S.V., Tsymbarenko D.M., Rempel A.A. // Comput. Mater. Sci. 2024.239. P. 112979. https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2024.112979
  41. Muñoz F., Rocherullé J., Ahmed I., Hu L. Springer Handbook of Glass. Springer. 2019. P. 553–594
  42. Muñoz F., Montagne L., Pascual L., Durán A. // J. Non-Cryst. Solids. 2009.355. P. 2571–2577. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2009.09.013.
  43. Grest G.S., Cohen M.H. // Phys. Rev. B. 1980.21. P. 4113–4117. https://doi.org/10.1103/physrevb.21.4113
  44. Hoppe U., Walter G., Kranold R., Stachel D. // J. Non-Cryst. Solids. 2000.263-264. P. 29–47. https://doi.org/10.1016/s0022-3093(99)00621-3
  45. Liu H., Zhao Z., Zhou Q. et al. // C. r., Géosci. 2022.354(S1). P. 35–77. https://doi.org/10.5802/crgeos.116
  46. Jahn S. // Rev. Mineral. Geochem. 2022.87(1). P. 193–227. https://doi.org/10.2138/rmg.2022.87.05
  47. Pedone A // J. Phys. Chem. C. 2009.113(49). P. 20773–20784. https://doi.org/10.1021/jp9071263
  48. Buckingham R.A. // Proc. R. Soc. Lond. 1938.168(933). P. 264–283. https://doi.org/10.1098/rspa.1938.0173
  49. Al-Hasni B., Mountjoy G. // J. Non-Cryst. Solids. 2010.357(15). P. 2775–2779. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2010.10.010
  50. Du J., Cormack A.N. // J. Non-Cryst. Solids. 2004.349. P. 66–79. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2004.08.264
  51. Lv X., Xu Z., Li J., Chen J., Liu Q. // J. Mol. Liq. 2016.221. P. 26–32. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2016.05.064
  52. Zakiryanov D., Kobelev M., Tkachev N. // Fluid Ph. Equilib. 2019.506. P. 112369. https://doi.org/10.1016/j.fluid.2019.112369
  53. Thompson A.P., Aktulga H.M., Berger R. et al. // Comput. Phys. Commun. 2021.271. P. 108171. https://doi.org/10.1016/j.cpc.2021.108171
  54. Thomas M., Brehm M., Fligg R., Vöhringer P., Kirchner B. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2013.15(18). P. 6608. https://doi.org/10.1039/c3cp44302g
  55. Chanshetti U.B., Shelke V.A., Jadhav S.M. et al. // FU Phys Chem Technol. 2011.9(1).P. 29–36. https://doi.org/10.2298/fupct1101029c
  56. Brow R.K. // J. Am. Ceram. Soc. 1993.76(4). P. 919-928. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1993.tb05315.x
  57. Alhasni B. // J. Non-Cryst. Solids. 2021.578. P. 121338. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2021.121338
  58. Shvanskaya L.V., Yakubovich O.V., Belik V.I. // Crystallogr. Rep. 2016.61. P. 786–795. https://doi.org/10.1134/s1063774516050205
  59. Hoppe U. // J. Non-Cryst. Solids. 1996.195. P. 138–147. https://doi.org/10.1016/0022-3093(95)00524-2
  60. Schneider J., Oliveira S.L., Nunes L.A.O., Panepucci H. // J. Am. Ceram. Soc. 2003.86. P. 317–324. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.2003.tb00017.x
  61. Yadav A.K., Singh P. // RSC Advances. 2015.5(83). P. 67583–67609. https://doi.org/10.1039/c5ra13043c
  62. Li W., He D., Li S., Chen W., Hu L. // Ceram. Int. 2014.40(8).P. 13389–13393. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2014.05.056
  63. Hudgens J.J., Brow R.K., Tallant, Martin S.W. // J. Non-Cryst. Solids. 1998.223(1-2).P. 21–31. https://doi.org/10.1016/s0022-3093(97)00347-5
  64. Boucher S., Piwowarczyk J., Marzke R.F. et al. // J. Europ. Ceram. Soc. 2005.25. P. 1333–1340. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2005.01.016
  65. Goj P., Handke B., Stoch P. // Sci. Rep. 2022.12. P. 17495. https://doi.org/10.1038/s41598-022-22432-5
  66. Freitas A.M., Bell M.J.V., Anjos V. et al. J. Lumin. 2015.169. P. 353–358. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2015.08.062

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».