Сотрудники кафедры физической химии химического факультета МГУ совместно с коллегами из НИТУ МИСИС, ННГУ им. Н.И. Лобачевского и Университета Гренобль Альпы (Франция) охарактеризовали термодинамические свойства стёкол 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 Минобрнауки России, а его результаты опубликованы в издании Journal of Non-Crystalline Solids.

Основным компонентом стёкол обычно выступает стеклообразующий оксид. Например, оксид кремния, фосфора, бора. Помимо основного вещества, в составе стёкол 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 стёклам 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 стёкол 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 стёкол 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 надёжную информацию, которая будет использована при производстве стёкол с особыми функциональными свойствами».

В будущем авторы планируют продолжить исследование свойств в этой трёхкомпонентной системе, а также изучить влияние добавки оксида магния на термодинамические, динамические и структурные свойства подобных стёкол.

Источник: МГУ.