Kigger inde i glasset

Et team af forskere fra Institute of Industrial Science ved University of Tokyo brugte avanceret elektronspektroskopi og computersimuleringer til bedre at forstå den interne atomstruktur af aluminosilikatglas. De fandt komplekse koordineringsnetværk blandt aluminiumatomer i faseseparerede regioner. Dette arbejde åbner muligvis muligheden for forbedrede briller til smartenheds berøringsskærme.

Som efterspørgslen efter smartphones, tabletter, og solpaneler stiger, så også behovet for mere høj kvalitet, hårdt, gennemsigtigt glas. Et af kandidatmaterialerne til disse applikationer kaldes aluminosilikatglas, som er lavet af aluminium, silicium, og ilt. Som med alle amorfe materialer, glasset danner ikke et simpelt gitter, men eksisterer mere som en uordnet "frossen væske". Imidlertid, der kan stadig dannes indviklede strukturer mellem dem, som endnu ikke er blevet analyseret af forskere.

Nu, et team af forskere ved University of Tokyo har brugt elektronenergitab finstrukturspektroskopi med et scannende transmissionselektronmikroskop til at afsløre det lokale arrangement af atomer i et glas lavet af 50% aluminiumoxid (Al2O ₃ ) og 50% siliciumdioxid (SiO ₂ ). "Vi valgte at studere dette system, fordi det er kendt at faseseparere til aluminiumrige og siliciumrige regioner," siger første forfatter Kun-Yen Liao. Ved billeddannelse med et elektronmikroskop, nogle udsendte elektroner udsættes for uelastisk spredning, hvilket får dem til at miste noget af deres oprindelige kinetiske energi.

Mængden af ​​energi, der spredes, varierer baseret på placeringen og typen af ​​atom eller klynge af atomer i glasprøven, den ramte. Elektronetabspektroskopi er følsom nok til at fortælle forskellen mellem aluminium koordineret i tetraedrisk i modsætning til oktaedriske klynger. Ved at tilpasse profilen af ​​elektronenergitab finstruktur spektre pixel for pixel, overflod af de forskellige aluminiumstrukturer blev bestemt med nanometer præcision. Teamet brugte også computersimuleringer til at fortolke dataene.

"Aluminosilikatglas kan fremstilles til at modstå høje temperaturer og trykbelastninger. Dette gør dem nyttige til en bred vifte af industri- og forbrugerapplikationer, f.eks. berøringsskærme, sikkerhedsglas, og solceller, "siger seniorforfatter Teruyasu Mizoguchi. Fordi aluminosilikat også forekommer naturligt, denne teknik kan også bruges til geologisk forskning. Værket er udgivet i Journal of Physical Chemistry Letters som "Afsløring af rumlig fordeling af al-koordinerede arter i et fasesepareret aluminiumsilikatglas af STEM-EELS".