近期，中國科學院上海光學精密機械研究所在稀土磷酸鹽玻璃局域結構方面取得進展。研究團隊在原子尺度上解析了Sc3+離子的特征配位結構，闡明了其局域聚集機制，為理解稀土摻雜功能玻璃的構效關系及性能優化提供了更深刻的理論依據。
稀土摻雜玻璃材料的光學與熱力學穩定性，依賴稀土離子的局部配位環境和空間分布。以往研究采用光譜分析、拉曼、中子散射等手段來探討稀土離子在玻璃網絡中的配位狀態，但這些手段難以精準分辨并定量解析稀土離子的多種局域構型。同時，順次性稀土離子難以通過固態核磁共振進行有效探測，限制了對稀土離子與玻璃網絡連接機制及其結構演化規律的理解。這些局限使得稀土離子的局部有序性和網絡修飾機制缺乏系統研究。
研究選取無順磁性且具優異固態核磁共振響應特征的Sc3+為模型離子，以模擬小半徑重稀土離子在磷酸鹽玻璃中的結構行為。研究進一步通過多維固態核磁共振技術，解析Sc2O3-xKPO3玻璃中31P、45Sc與39K的局域結構，揭示了Sc3+的配位特性與聚集規律。結果表明，Sc3+在玻璃網絡中完全呈現六配位態，并以共頂形式連接六個磷氧四面體[PO4]。研究確認了結構單元，并對鑒定出的9種單元進行定量分析?；陔姾伞㈡I數與空間分布概率的計算發現，Sc3+在5.5 ?范圍內存在聚集傾向。同時，研究據此構建其原子尺度的聚集模型。這一原子尺度模型揭示了稀土離子聚集的微觀機理，為理解和調控磷酸鹽玻璃的光學與熱學性能奠定了基礎，并有望指導材料設計以規避相分離風險。
相關研究成果發表在Journal of Non-Crystalline Solids上。研究工作得到到中國科學院戰略性先導科技專項的支持。
論文鏈接
1Sc2O3-7.5KPO3玻璃中單元在Sc3+離子周圍的空間分布示意圖
本文鏈接：稀土磷酸鹽玻璃的局域結構研究取得進展http://www.sq15.cn/show-12-2004-0.html
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