- Код статьи
- 10.31857/S0235010625030024-1
- DOI
- 10.31857/S0235010625030024
- Тип публикации
- Статья
- Статус публикации
- Опубликовано
- Авторы
- Том/ Выпуск
- Том / Номер выпуска 3
- Страницы
- 192-204
- 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 NaO - AlO - PO 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 [MeO]. Показано, что стекло содержит тетраэдры [PO], которые комбинированы с [AlO] и [AlO], 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/см попадает 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 и 1300 см, 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 м/с, соответственно.
- Ключевые слова
- локальная структура фосфатные стекла классическая молекулярная динамика потенциал Букингема
- Дата публикации
- 14.05.2025
- Год выхода
- 2025
- Всего подписок
- 0
- Всего просмотров
- 13
Библиография
- 1. Sengupta P. // 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
