Научные достижения химического факультета
Химики МГУ с коллегами изучили
необычные алюминиевые стекла
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 (https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2022.122098).
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".
Авторы
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
Ссылка на статью:
Anatoly S. Arkhipin, Alexander Pisch, Georgii M. Zhomin, Semen V. Kuzovchikov, Alexandra V. Khvan, Natalia N. Smirnova, Alexey V. Markin, Nikita A. Kovalenko, Irina A. Uspenskaya
Thermodynamic properties of selected glasses in the CaO–Al2O3–TiO2 system
Journal of Non-Crystalline Solids Volume 603, 1 March 2023, 122098
https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2022.122098
