Coupling of ion and network dynamics in lithium silicate glasses: a computer study
本文通过分子动力学模拟对锂Meta硅酸盐玻璃中离子的跳跃动力学和附近氧的动力学进行了详细的分析。为此，我们已经开发了数值技术，以确定离子跳和采样和平均动态信息的粒子。这导致了对离子和网络的微观相互作用的有益见解。事实证明，锂和氧的合作动力学可以表征为滑动门机制。这是合理的，为什么本地网络的波动是最重要的锂动力学。
2005-01-25 cond-mat.mtrl-sci
The Low-Temperature Nucleation Rate Anomaly in Silicate Glasses is an Artifact
在过去的40年中，大量的硅酸盐玻璃的成核速率的测量表明，在广泛使用的经典成核理论（CNT）的温度低于峰值成核速率的故障。数据显示，临界团簇形成的功不是随着温度的降低而稳定降低，而是进入平台期，甚至开始增加。虽然已经提出了许多解释来解释这一反常现象，但没有一个能提供令人满意的答案。我们提出的第一个实验结果表明，异常是不真实的，而是一个工件所产生的退火时间不足，在低温。在低于峰值成核速率温度50 K的温度下，在5BaO.8SiO2玻璃中测量时间依赖性成核速率，时间比硅酸盐玻璃的任何先前测量时间长许多倍。新数据给出的结果与CNT的预测一致。由于在许多硅酸盐玻璃中已经广泛观察到伪影，这些结果表明，许多现有的低温成核速率数据是不正确的。
2020-05-11 cond-mat.mtrl-sci
Stress-corrosion mechanisms in silicate glasses
本综述旨在回顾硅酸盐玻璃中亚临界裂纹扩展机制的理解的进展和辩论，几乎一个世纪后，其最初的发展。玻璃激发了格里菲斯对脆性起源的初步见解，并随后发展了现代断裂力学。然而，几十年来，玻璃中裂纹扩展的基本机制的真实性质已经失去了一个清晰的理解，这可以在诸如塑性的作用、玻璃组合物的作用、裂纹尖端的环境条件及其与腐蚀和浸出的复杂机制的关系等微妙问题上达成普遍共识。不同的过程在这里进行了分析，特别侧重于其相关的空间和时间尺度，以质疑他们的行动领域和他们的贡献，在动力学定律和精力充沛的方面。
2009-04-01 cond-mat.mtrl-sci
Compositional Trends in Surface Enhanced Diffusion in Lead Silicate Glasses
在这项工作中，我们使用分子动力学模拟来研究（PbO）x（SiO2）1-x玻璃中的表面增强扩散（表面增强扩散）。这项工作的动机是更好地了解玻璃中的表面扩散及其与脆性的联系，并增强二氧化硅和相关玻璃中的表面扩散，以提高气相沉积过程中的热力学稳定性。在实验过程中，PbO的加入使玻璃的脆性在10% ≤ x ≤ 70%的范围内不断增加。脆性的增加可能对应于表面增强扩散的增加，因为脆性和表面扩散是相关的。我们观察到，对于硅酸盐调查，而表面增强扩散增加与脆弱性，增强是相当小的。较慢扩散的Si和O原子具有较高的增强，这可以允许一些表面稳定效应。我们证明，只有小的变化，原子排列，符合类似的扩散率，在表面相比，散装。最后，我们研究的趋势，鉴于以前的观察，在有机和金属玻璃的体积与表面扩散，并发现，在氧化物中，脆性增加可能没有强烈的联系，以增强表面扩散。
2022-02-28 cond-mat.mtrl-sci
Fracture Toughness of Silicate Glasses: Insights from Molecular Dynamics Simulations
了解、预测并最终改善硅酸盐材料的抗断裂性对于设计更坚固的新玻璃同时保持其透明度至关重要。然而，在非晶硅酸盐材料的断裂的原子机制仍然是一个有争议的话题。特别是，在裂纹扩展过程中，在纳米尺度上的延性的存在有一些争议。在这里，我们提出了使用分子动力学模拟三个原型硅酸盐玻璃的断裂。我们表明，所使用的方法提供了现实的断裂能和韧性值。此外，模拟清楚地表明，硅酸盐玻璃可以显示出不同程度的延展性，这取决于它们的成分。
2015-06-22 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Atomic Structure and Modifiers Clustering in Silicate glasses: Effect of Modifier Cations
氧化物玻璃由玻璃形成体多面体的网络和具有中和玻璃形成体多面体的电荷或使玻璃网络脱附的作用的改性剂制成。改性剂含量对玻璃的结构和性能的影响在某种程度上是众所周知的。然而，改性剂的类型对玻璃中的团簇和形成相分离的趋势的影响没有详细研究，并且直到现在仍然没有完全理解。本文利用分子动力学研究了改性剂种类对一系列改性硅酸盐玻璃的结构和团簇倾向的影响。具体而言，我们表明，改性剂-改性剂团簇形成的趋势是连接到改性剂的大小和改性剂-氧键强度。还讨论了不同改性剂对玻璃中短程结构的影响。这使我们能够概述阳离子性质对玻璃性能的影响，并为进一步开发和优化玻璃性能打开了新的窗口。
2020-07-17 cond-mat.mtrl-sci
Kinetic Flux Equations for Ion Exchange in Silicate Glasses
Isoclima SpA – R&D Department（Isoclima 公司 - 研发部）
本研究系统发展了硅酸盐玻璃中离子交换动能流方程，强调参数定义和维度一致性，扩展了经典公式以考虑机械应力和交叉项相互作用。
2026-01-13 cond-mat.mtrl-sci
New interaction potentials for alkaline earth silicate and borate glasses
采用分子动力学模拟中新参数化的相互作用势研究了镁硅酸盐和硼酸盐熔体和玻璃的结构和性质，并与钙硅酸盐和硼酸盐熔体和玻璃的结构和性质进行了比较。二氧化硅网络的解聚和与改性剂离子形成新键之间的竞争导致碱土硅酸盐玻璃的弹性模量随着改性剂含量的增加而增强。与硅酸钙相比，硅酸镁的更高的弹性模量来自于由于四重配位镁的掺入以及SiO4四面体和改性剂离子之间更刚性的连接而导致的整个玻璃网络的更高的连接性。与硅酸盐相比，改性剂含量对碱土金属硼酸盐弹性模量的影响主要由四配位硼（N4）的分数决定。具有较高N4的硼酸钙显示出更刚性的网络结构和更高的弹性模量。
2021-02-17 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Nano-Ductility in Silicate Glasses is Driven by Topological Heterogeneity
硅酸盐玻璃断裂过程中是否存在纳米级延展性仍存在争议。在这里，基于分子动力学模拟加上拓扑约束理论，我们表明，纳米延展性来自原子网络的刚性的空间异质性。具体来说，我们报告说，玻璃约束不足区域中的局部松软变形模式使网络能够发生塑性形变，从而导致粘合配置发生永久变化。最终，这些异质塑性事件渗透，从而导致非脆性断裂模式。这表明纳米延展性是具有纳米级异质性的多组分硅酸盐玻璃所固有的。
2015-10-26 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Multiscale Experimental Evidence of a Transitory State in the HDA-LDA Transition in Alumino-sodo-silicate Glasses
Institut Lumière Matière UMR CNRS 5306, Université Claude Bernard Lyon 1, CNRS（里昂第一大学物质与光研究所）；Institute of Glass and Ceramics, Department of Materials Science and Engineering, Friedrich Alexander University Erlangen Nuremberg（埃尔朗根-纽伦堡弗里德里希·亚历山大大学玻璃与陶瓷研究所）
研究通过多尺度实验发现Alumino-sodo-silicate玻璃在HDA-LDA转变中存在瞬态状态，揭示了玻璃多形性与液体-液体转变的关系。
2026-01-09 cond-mat.mtrl-sci
Machine Learning Forcefield for Silicate Glasses
开发精确、可转移和计算效率高的原子间力场是促进硅酸盐玻璃建模的关键。然而，需要优化的大量力场参数使传统的参数化方法效率低下或可能受到偏见的影响。在这里，我们提出了一个新的力场参数化方法的基础上从头计算分子动力学模拟，高斯过程回归，贝叶斯优化。以玻璃态二氧化硅为例，我们表明，我们的方法产生了一个新的原子间力场，提供了前所未有的描述二氧化硅的原子结构。这种方法提供了一种新的途径，有效地参数化新的经验硅酸盐玻璃的原子间力场非常有限的需要直觉。
2019-02-09 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Diffusion in a two Phases System: Application to Ion Exchange in Silicate Glasses
本文重新推导两相体系一维扩散通解，与erfc解对比并明确退化条件，结合扩散系数比值与瞬时平衡假设，阐明硅酸盐玻璃离子交换的适用前提。
2024-07-21 cond-mat.mtrl-sci
Structure and properties of lead silicate glasses
Pb $^{2+}$离子的原始电子结构解释了其在晶相和硅酸盐玻璃中的特殊结构作用。在描述了铅在晶相（PbO，硅酸盐）中的结构作用之后，本章总结了利用各种光谱和模拟技术对SiO $_2$ -PbO、SiO $_2$ -PbO-R $_2$ O（R：碱性）和SiO $_2$ -PbO-Al $_2$ O $_3$系统进行的主要结构研究。
2023-10-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
The cationic energy landscape in alkali silicate glasses: properties and relevance
从碱金属硅酸盐玻璃的分子动力学模拟中明确地确定了单个阳离子位点的能量，并研究了这种局部能量与离子输运的性质和相关性。在离子输运的时间尺度上没有弛豫证明了能量景观的静态描述的有效性，因为它通常用于跳跃模型。阳离子之间的库仑相互作用是获得与典型的简化跳跃模型一致的平均能量景观所必需的。邻近地点之间以及同一地点的不同能量贡献之间都存在强相关性，它们塑造了能量景观的基本特征。一个模型的能量景观与一个单一的空缺是用来证明为什么平均网站-能量，包括充分的库仑相互作用，仍然不足以描述网站人口的离子，或他们的动态。这个模型解释了能量学和离子动力学之间的关系是如何被削弱的，从而最终确定了具有静态能量的跳跃图像无法捕获所有相关信息。因此，建议需要替代的简化模型的离子传导。
2009-09-28 cond-mat.mtrl-sci
Raman thresholds and rigid to floppy transitions in calcium silicate glasses
碱土金属硅酸盐玻璃$xCaO-(1-x)SiO_2$在拉曼谱线中表现出明显的阈值，这可能与氧化钙$x$浓度降低时网络刚性的开始有关。目前的结果通过约束计数算法进行分析，并通过尺寸增加的簇近似进行更深入的表征，该近似允许在通常的平均场处理之外执行麦克斯韦机械约束计数。这允许讨论在何种结构条件下可以获得弹性中间相。
2004-10-29 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Structural studies of silicate glasses with PbS and PbSe nanoparticles
光学材料与半导体纳米粒子内的电介质矩阵是感兴趣的非线性光学元件，选择性过滤器，光谱转换器等的建设在目前的工作中，我们关注的玻璃与PbS和PbSe的基础上，硅酸盐玻璃基质的两步技术制造和报告最近的研究使用小角中子散射（SANS）技术。正确理解材料的结构、颗粒的尺寸和光谱特征需要控制玻璃的光学功能。SANS技术是一种高效的非破坏性技术，可以对从原子团簇到亚微米尺度的各种结构模型进行分析。在这里，我们结合SANS测量与广角X射线衍射（WXRD）和电子显微镜，以获得在一系列PbS和PbSe掺杂的硅酸盐玻璃中形成的纳米颗粒的信息。
2017-03-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Fracture initiation in silicate glasses via a universal shear localization mechanism
ESPCI Paris, PSL University, CNRS, Sorbonne University（巴黎高等物理化工学院、PSL大学、法国国家科学研究中心、索邦大学）；Nippon Electric Glass（日本电气玻璃株式会社）；CNRS, INSA Lyon（法国国家科学研究中心、里昂国立应用科学学院）
研究通过实验和分子动力学模拟揭示了硅酸盐玻璃中剪切流对断裂起始的关键作用，并发现其与断裂局部化现象存在显著关联。
2026-01-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Stress-enhanced ion diffusion at the vicinity of a crack tip as evidenced by atomic force microscopy in silicate glasses
利用原子力显微镜（AFM）在可控气氛下对钠硅酸盐玻璃中裂纹的缓慢扩展过程进行了纳米尺度的原位和实时研究。通过几种效应揭示了在裂纹尖端的亚微米附近的应力梯度场中钠离子的增强扩散：AFM高度图像中的结节的生长，AFM尖端/样品能量耗散的变化。结节模式显示了去湿现象证明了“呼吸图”。进行了补充化学微量分析。这些实验结果通过两步过程来解释：i）钠离子朝向断裂表面的快速迁移（典型时间：几毫秒），如Langford等人[J. Mat. Res. 6（1991）1358]，ii）阳离子的缓慢向后扩散，如在这些AFM实验中所证明的（典型时间：几分钟）。在室温下测量该弛豫过程的扩散系数。我们的研究结果加强了近表面的结构松弛由于在裂纹尖端附近的应力梯度的理论概念。钠离子的不均匀迁移可能是硅酸盐结构中存在富钠通道的直接实验证据[A. Meyer等人，物理修订版93（2004）027801]。
2006-09-22 cond-mat.mtrl-sci
Strengthened Silicate Glasses by Residual Stress: Depth of Compression and Surface Flaws Stability Conditions
Isoclima SpA – R&D Department（伊斯科克拉公司研发部）
本研究采用断裂力学框架，结合权函数法建立了硅酸盐玻璃表面缺陷稳定性准则，评估了残余应力与外部应力的相互作用，为其在严苛环境下的应用提供了强度评估依据。
2026-09-14 cond-mat.mtrl-sci
Irradiation-induced Ag nanocluster nucleation in silicate glasses: analogy with photography
通过光吸收（OA）和电子自旋共振（ESR）实验研究了低（γ射线）和高（MeV离子）沉积能量密度辐照条件下，钠钙硅酸盐玻璃和二氧化硅中Ag纳米团簇的合成。这两种类型的照射产生的电子和空穴的密度和热演化-特别是通过它们与缺陷的相互作用-被证明是确定银纳米晶体的聚集和生长速率。因此，我们建立的缺陷和银（聚）离子的氧化还原相互作用的影响。其机制类似于摄影中的潜像形成：辐射诱导的光电子被捕获在玻璃基质内，特别是溶解的贵金属离子和缺陷上，从而被中和（逆氧化反应也被证明存在）。退火促进金属原子的扩散，这反过来又导致簇核的形成。团簇密度不仅取决于辐照能量密度，而且主要取决于沉积能量的密度和玻璃的氧化还原性质。离子辐照（即，大的沉积能量密度）在团簇形成中更为有效，尽管与伽马光子照射相比其中和效率较低（从Ag+到Ag 0）。
2007-12-23 cond-mat.mtrl-sci
Ion Exchange in Silicate Glasses: Physics of Ion Concentration, Residual Stress, and Refractive Index Profiles
本文对硅酸盐玻璃中离子交换产生的主要物理效应进行了系统的综述。离子浓度分布，残余应力分布，和折射率的影响进行了讨论，特别注意的物理和数学基础上的离子交换过程。这项研究的目的是提供一个科学基础，使该领域的未来发展。在这方面，本文的目的是更多的教育，而不是提出新的研究成果。列入摘要是为了审议某些具体专题的细节，而不影响总体讨论的连续性。尽管本研究的方法是回顾性的，但也包括了一些原创性的主题，例如可变边界条件下的浓度分布和由于不同松弛机制而导致的异常残余应力分布，即，等容和非等容以及应力驱动或自由能驱动。对于某些特定的玻璃化学组合物，不同的弛豫机制的时间尺度导致表面下压缩最大值的出现，该最大值逐渐远离玻璃表面移动，并且最终在延长的离子交换过程中从压缩逆转成拉伸状态。最后，广泛的讨论离子交换引起的光学效应，特别注意实验测定残余应力分布的可能性。
2020-02-25 cond-mat.mtrl-sci
Intermediate range order in (Fe,Al) silicate network glasses: a neutron diffraction and EPSR modeling investigation
利用高分辨中子衍射结合经验势结构精细化（EPSR）程序的结构模拟，研究了NaFexAl_（1-x）Si_2 O_6（x = 1，0.8，0.5，0）钠硅酸盐玻璃的局域结构环境和铁、铝离子的空间分布.这项工作给出了Al 3+和Fe 3+的结构行为差异的证据，这两者通常被认为是电荷平衡组合物中的网络形成剂。短程环境和两种阳离子的结构作用不依赖于组成，因此中间玻璃的结构可以被视为两种端元结构的混合物。所有的Al 3+都是4配位的，距离d[4] Al 3 +-O=1.76 $\pm$ 0.01。高分辨率的中子数据允许两个群体之间的铁破译。大部分Fe 3+是4-配位的（d[4] Fe 3 +-O=1.87 $\pm$ 0.01），而剩余的Fe 3+和所有Fe 2+（约占总Fe的12%）是5-配位的（d[5]Fe-O=2.01 $\pm$ 0.01）。AlO 4和FeO 4都是随机分布的，并与硅酸盐网络相连，在硅酸盐网络中，它们与SiO 4四面体共享角，这与这些物种的网络形成作用一致。相反，FeO 5倾向于形成团簇并彼此共享边缘。5-配位的Fe被解释为网络改性剂，事实证明，即使这种配位数在晶体中很少见，但在玻璃中更常见，它们对物理性能起着关键作用。
2008-05-13 cond-mat.mtrl-sci
Predicting the dissolution kinetics of silicate glasses using machine learning
预测硅酸盐玻璃在水性条件下的溶解速率是一项复杂的任务，因为对潜在的机制仍然知之甚少，并且溶解动力学可能取决于大量的内在和外在因素。在这里，我们评估了基于机器学习的数据驱动模型的潜力，以预测各种铝硅酸盐玻璃暴露于从酸性到苛性碱条件的各种溶液pH值的溶解速率。研究了四类机器学习方法，即线性回归、支持向量机回归、随机森林和人工神经网络。我们观察到，虽然线性方法都不能描述的溶解动力学，人工神经网络方法提供了很好的预测，由于其固有的能力，处理非线性数据。总的来说，我们认为更广泛地使用机器学习方法可以显着加快具有定制特性的新型眼镜的设计。
2017-12-16 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Prediction of Silicate Glasses' Stiffness by High-Throughput Molecular Dynamics Simulations and Machine Learning
通过机器学习开发预测材料性能的模型通常需要使用大量一致的数据进行训练。然而，高质量的实验数据集并不总是可用或自洽的。在这里，作为一种替代途径，我们将机器学习与高通量分子动力学模拟相结合，以预测硅酸盐玻璃的杨氏模量。我们证明，这种结合的方法提供了很好的预测在整个组成域。通过比较选择机器学习算法的性能，我们讨论了机器学习中准确性，简单性和可解释性之间平衡的本质。
2019-01-27 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Fracture of silicate glasses: Micro-cavities and correlations between atomic-level properties
我们使用大规模的模拟研究单轴拉伸下的二氧化硅和钠硅酸盐玻璃的动态断裂。应力-应变曲线表明石英玻璃是脆性的，而富含Na的玻璃显示出显著的延展性。在裂纹速度中也看到强烈的组成依赖性，其对于具有低Na浓度的玻璃为1800 m/s的量级，并且如果浓度高则降低至700 m/s。我们发现，在富钠玻璃的断裂过程中，在裂纹前缘之前形成了3-4 nm大的非常不规则的空腔，表明这些玻璃中存在纳米延展性。在断裂发生之前，局部成分、结构和力学性能在空间上是不均匀的，并且表现出对施加的应变的强烈依赖性。进一步分析这些局部性质之间的相关性，可以获得更好的微观理解的变形和断裂的玻璃，以及如何局部加热接近裂纹尖端，高达几百度，允许结构放松。
2022-05-05 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Cooling-Rate Effects in Sodium Silicate Glasses: Bridging the Gap between Molecular Dynamics Simulations and Experiments
虽然分子动力学（MD）模拟通常用于预测玻璃的结构和性质，但它们本质上限于短时间尺度，需要使用快速冷却速率。因此，这是具有挑战性的比较结果从MD模拟的实验结果，在典型的实验室时间尺度上冷却的玻璃。基于不同冷却速率（从0.01到100 K/ps）的硅酸钠玻璃的MD模拟，在这里，我们表明，热历史主要影响中程有序结构，而短程有序在很大程度上不受影响的范围内的冷却速率模拟。这导致焓和体积弛豫函数之间的解耦，其中焓随着冷却速率降低而快速平稳，而密度表现出较慢的弛豫。最后，我们表明，MD模拟的结果可以有意义的实验值相比，如果适当地外推到较慢的冷却速率。
2017-05-11 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Direct evidence of rigidity loss and self-organisation in silicate glasses
热退火和淬火$(Na_2O)_x(SiO_2)_{1-x}$玻璃之间的布里渊弹性自由能变化$DF$在$x > 0.23$（松弛相）处线性减小，在$x < 0.18$（应力-刚性相）处几乎为零。所观察到的$D F(x)$变化密切平行的平均场松弛模式分数$f(x)$在随机网络，并固定两个（松弛，应力刚性）弹性阶段。在量热测量中，在$x < 0.18$和$x > 0.23$处发现$T_g$附近的非可逆焓很大，但在$0.18 < x < 0.23$范围内几乎消失，这表明在松软相和应力刚性相之间存在中间相。
2004-06-22 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
First principles study of the surface of silica and sodium silicate glasses
我们使用\textit{ab initio}分子动力学模拟来研究纯二氧化硅和钠硅酸盐玻璃的干燥表面的性质。基于沿着垂直于表面的方向（$z-$方向）的原子分布来定义表面层。我们发现，这些表面有一个更高的浓度的悬挂键，以及二元（2 M）环比散装样品。增加Na $_2$ O的浓度降低了结构缺陷的比例。从振动态密度，人们得出结论，2 M环在频率$\approx850$ ~cm $^{-1}$处具有独特的振动特征，与实验结果一致。我们还发现，由于表面的存在，在$z-$方向的原子振动是软比其他两个方向。电子态密度清楚地显示了表面和内部之间的差异，我们可以将其归因于特定的结构单元。最后，电子局域化函数的分析允许洞察的局部结构和Na的存在下的玻璃中的化学键合的性质的影响。
2021-01-22 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Origin of the non-linear elastic behavior of silicate glasses
对于小张力，固体对外加应力的响应由胡克定律给出。在这个线性区域之外，应力和应变之间的关系不再是普遍的，并且目前对于如何将无序材料的应力-应变关系与系统的微观性质联系起来还没有令人满意的见解。在这里，我们使用原子的计算机模拟来建立这种连接的情况下，硅酸盐玻璃含有改性剂。通过探索如何在高度非线性制度的应力-应变曲线取决于组合物，我们能够确定的微观机制，负责复杂的依赖性的应力应变，特别是存在一个意想不到的准高原的切线模量。我们追溯到这种依赖的流动性的修改器，而不离开他们的笼子或修改网络的拓扑结构，能够减轻局部应力。由于所确定的机制是普遍的，在这项研究中所获得的结果也将有助于理解其他无序材料的力学响应。
2021-11-18 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Characterization of the complex ion dynamics in lithium silicate glasses via computer simulations
我们目前的分子动力学模拟的结果偏硅酸锂在很宽的温度范围内的硅酸盐网络被冻结，但锂离子仍然可以平衡。通过对不同关联函数的分析，研究了锂的动力学。锂迁移率的活化能与实验数据吻合得很好。相邻离子动力学的相关性很弱。在低温下，动力学可以分为局部振动动力学和相邻锂位点之间的跳跃事件。均方位移的导数显示了几个特征时间区域。它们可以直接映射到电导率的相应频率区域。特别是它是可能的，以确定本地化的动态和长期动态，分别占主导地位的时间制度。讨论了均方位移和非相干散射函数的时温叠加问题。
2002-05-27 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Ion exchange in silicate glass: mass average interdiffusion coefficient determination
质量平均互扩散系数DM是与硅酸盐玻璃中的离子交换动力学相关的互扩散系数的近似恒定值。在这项研究中，它提出了一个简单的技术，其测定的基础上的重量变化的玻璃样品离子交换后。详细介绍了该方法的理论基础，以及在考虑DM的恒定性时假设的近似。钠钙硅酸盐玻璃的实验结果表明，DM与离子交换温度的相关性，遵循Arrhenius型方程，具有能量激活势垒和指前因子。的质量平均互扩散系数的测定允许的压缩层深度的估计时，应力分布是建立作为一个结果的离子交换。压缩层深度的估计值进行了比较，通过基于微分表面折射法（DSR）的光学技术测量的。已发现值与DSR方法所示的不确定度限值相当兼容。
2022-12-27 cond-mat.mtrl-sci
Boson peak and medium-range elastic heterogeneity in calcium silicate hydrate probed by terahertz spectroscopy and low-temperature calorimetry
College of Architecture and Civil Engineering, Beijing University of Technology（北京工业大学建筑与土木工程学院）；Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院大连化学物理研究所）；School of Environment and Safety Engineering, North University of China（中北大学环境与安全工程学院）；Department of Civil Engineering, Taiyuan University of Technology（太原理工大学土木工程学院）；State Key Laboratory of Nonlinear Mechanics, Institute of Mechanics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室）；School of Materials Science and Engineering, Southeast University（东南大学材料科学与工程学院）；College of Civil and Transportation Engineering, Shenzhen University（深圳大学土木与交通工程学院）；Faculty of Innovation Engineering, Macau University of Science and Technology（澳门科技大学创新工程学院）
研究通过太赫兹光谱和低温量热法，对不同Ca/Si比的硅酸钙水合物中玻色子峰进行表征。经校正后两种方法定位BP频率一致但强度不同，还获得相关长度和参数等。该双探针方法可用于其他无定形固体，为研究C-S-H性能提供新途径。
2026-07-17 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Data-driven prediction of room temperature density for multicomponent silicate-based glasses
密度是最常测量或估计的材料特性之一，特别是对于冶金、地质、材料科学和可持续水泥等许多领域都非常感兴趣的玻璃和熔体。这里，两种类型的机器学习（ML）模型（即，随机森林（RF）和人工神经网络（ANN））已被开发用于预测CaO-MgO-Al 2 O3-SiO2-TiO 2-FeO-Fe 2 O3-Na 2 O-K2 O-MnO（CMASTFNKM）组成空间中的玻璃的室温密度。结果表明，RF和ANN模型对玻璃密度的预测精度较高，在15%的测试集上，R2值、RMSE和MAPE分别为0.96-0.98、0.02-0.03 g/cm 3和0.59- 0.79%，比基于离子填充比的经验密度模型更准确（R2值、RMSE和MAPE分别为~0.28-0.91、~0.05-0.15 g/cm 3和~1.40- 4.61%）。此外，玻璃密度被证明是一个可靠的反应性指标的范围内的CaO-Al 2 O3-SiO2（CAS）和火山玻璃，由于其强相关性（R2值以上~0.90）的平均金属-氧离解能（结构描述符），这些玻璃。对来自这些模型的预测密度-组成关系的分析（对于选定的组成子空间）表明，ANN模型表现出一定水平的可转移性（即，外推到数据库中未覆盖（或覆盖较少）的组成空间的能力），并捕获已知特征，包括（CaO-MgO）0.5-（Al 2 O3-SiO2）0.5玻璃的混合碱土效应。
2022-09-05 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Electrical transport properties of 0.5Li2O-0.5M2O-2B2O3 (M=Li, Na and K) glasses
采用传统的熔体淬冷技术制备了0.5Li2O-0.5M2O-2B 2 O3（M=Li，Na，K）系统透明玻璃。通过X射线粉末衍射和差示扫描量热法分别证实了样品的非晶和玻璃态性质。在100 Hz - 10 MHz的频率范围内的介电弛豫和电导率的频率和温度依赖的特性进行了研究。电模量谱的虚部采用Kohrausch-Williams-Watts关系的近似解进行建模。发现0.5Li_2O-0.5Na_2O-2B_2O_3（LNBO）玻璃的拉伸指数β与温度无关。0.5Li_2 O-0.5K_2 O-2B_2 O_3（LKBO）玻璃的直流电导激活能（1.25eV）高于其它玻璃体系。这可能归因于混合阳离子效应。
2010-07-12 cond-mat.mtrl-sci
Surface properties of alkali silicate glasses: Influence of the modifiers
本文通过大规模分子动力学模拟研究锂、钠、钾硅酸盐玻璃的熔体形成表面和断裂表面，揭示碱金属改性剂尺寸对表面组成、粗糙度、化学反应性及高度相关标度行为的影响机制。
2023-04-21 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Nature and distribution of iron sites in a sodium silicate glass investigated by neutron diffraction and EPSR simulation
采用高分辨中子衍射和经验势结构精细化（EPSR）方法研究了NaFeSi 2 O 6（NFS）玻璃的短程和中程结构。大部分（~60%）的Fe是4-配位的（[4]Fe），仅对应于三价铁，Fe 3+，距离d[4] Fe 3 +-O=1.87 $\pm$ 0.01 π。这与通过玻璃化学计量预测的3D结构不同。大多数[4] Fe 3+位点的存在说明了与晶体NaFeSi 2 O 6的结构不同的玻璃结构，晶体NaFeSi 2 O 6仅含有八面体Fe 3+。玻璃结构的EPSR模拟表明，[4] Fe 3+随机分布在硅酸盐网络中，与硅酸盐四面体共角。大多数[4] Fe 3+位置的存在不同于相应晶相的结构，其仅包含八面体Fe 3+。[4] Fe 3+的网络形成行为，加上Na+离子作为电荷补偿剂的存在，是含铁玻璃的特殊物理性质的起源，例如随着铁浓度的增加，硅酸钠玻璃的弹性模量增加。我们的数据还提供了5配位Fe的直接证据，平均距离d[5]Fe-O=2.01 $\pm$ 0.01 Å。该第二Fe群体涉及Fe 2+和Fe 3+两者。5-配位的Fe原子倾向于通过主要共享边缘而分离。三价铁在NFS玻璃中的双重作用的直接结构证据为理解NFS玻璃的特殊性质提供了支持，例如磁性，光学，电子或热力学性质。
2008-05-13 cond-mat.mtrl-sci
The glass transition and crystallization kinetic studies on BaNaB9O15 glasses
采用传统的熔融淬冷技术制备了BaNaB9O15（BNBO）透明玻璃。通过X射线粉末衍射（XRD）和差示扫描量热法（DSC）分别证实了淬火态样品的非晶态和玻璃态性质。在非等温条件下，使用DSC的玻璃化转变和结晶参数进行了评估。讨论了升温速率相关的玻璃化转变与晶化温度之间的关系，并推导出BNBO玻璃板和粉末样品的Kauzmann温度。板和粉末样品的Kauzmann温度值分别为776 K和768 K。采用非近似法计算了BNBO玻璃样品的析晶动力学参数。研究了样品厚度对BNBO玻璃析晶动力学的影响。
2009-09-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Thermodynamics and Kinetics of Silicate Glasses submitted to Binary Ion Exchange: Equilibrium Conditions and Interdiffusion Kinetics
本文结合经典与非平衡热力学建立二元离子交换平衡及互扩散模型，揭示热力学因子、相互作用能、表面浓度与平衡常数 K 的关系。
2024-05-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Ion-Exchange Strengthening of Glasses: Atomic Topology Matters
离子交换通常用于化学强化玻璃，通过在低于T $_g$温度下用较大原子替换小原子，从而诱导压缩应力。然而，所得到的玻璃的膨胀仍然低于由冷却玻璃的摩尔体积的差异预测的膨胀，这是一种仍然知之甚少的异常。在这里，基于分子动力学模拟的永久致密化的钠硅酸盐玻璃加上拓扑约束理论，我们表明，网络的刚性控制的扩张的程度。等静压网络，这是刚性的，但没有本征应力，表现出最大的膨胀，因此，似乎是一个有吸引力的选择，以提高玻璃的韧性。
2015-05-28 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Relaxation dynamics of glasses along a wide stability and temperature range
虽然大量的测量描述了液态的弛豫动力学，但高温下玻璃动力学的实验数据要少得多。我们使用超快扫描量热法将玻璃的时间尺度扩展到比以前实现的更短的值。我们的数据表明，玻璃的弛豫时间遵循超Arrhenius行为在高温制度以上的常规失透温度加热在10 K/min。液体和玻璃状态可以描述由一个共同的VFT-样的表达式，仅取决于温度和限制虚构的温度。我们将这种常见的描述，以近各向同性玻璃的吲哚美辛，甲苯和最近的数据，金属玻璃。我们还表明，吲哚美辛玻璃的动力学服从密度标度定律最初推导的液体。这项工作提供了一个强有力的联系之间的动态平衡过冷液体和非平衡玻璃态。
2016-08-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Micro-Brillouin spectroscopy mapping of the residual density field induced by Vickers indentation in a soda-lime silicate glass
高分辨率的布里渊散射被用来实现3维地图的纵向声学模式的频率偏移的钠钙硅酸盐玻璃受维氏压痕。假设残余应力引起的影响是简单地成正比的密度变化，残余致密化领域得到。密度梯度几乎是各向同性的，证实了早期在类似玻璃上进行的光学观察。结果表明，布里渊显微光谱开辟了一条道路，完全定量比较的实验数据与预测的力学模型的本构关系的识别。
2012-05-21 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Do Two-Level Systems and Boson Peak persist or vanish in hyperaged geological glasses of amber?
在这项工作中，我们扩展，审查和共同讨论我们在超老化地质玻璃中进行的早期实验，无论是在多米尼加琥珀（2000万年）还是在西班牙琥珀中从El Soplao（1.1亿年）。在表征其热力学和弹性性质（在玻璃化转变温度附近使用差示扫描量热法，并测量质量密度和声速）之后，在低温和极低温下测量其比热。通过直接比较原始琥珀样品（即老化数百万年后高度稳定的聚合物玻璃）与完全或部分恢复活力后的相同样品，我们发现玻璃的两个最突出的普遍异常低温特性，即隧穿两能级系统和所谓的玻色子峰，在两种类型的超老化地质玻璃中基本保持不变。因此，玻璃的非德拜低能量激发似乎是非晶态固体的稳健的本征性质，其不会通过进入势能景观中的非常深的状态而消失。
2015-10-27 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Nanoindentation-induced evolution of atomic-level properties in silicate glass: Insights from molecular dynamics simulations
本研究通过大规模分子动力学模拟，探究钠硅酸盐玻璃在25nm压痕深度下的原子级性质演化，揭示局部性质的指数衰减规律及剪切流动与致密化的结构起源，为抗损伤玻璃设计提供依据。
2023-05-07 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Structural characterization of SiO2-Na2O-CaO-B2O3-MoO3 glasses
核乏燃料后处理产生具有高钼浓度的高水平放射性废物，这些废物目前固定在含有碱金属和碱土金属元素的硼硅酸盐玻璃基质中[1]。由于其高场强，Mo 6+离子在硅酸盐和硼硅酸盐玻璃中的溶解度有限，并且在玻璃的熔体冷却或热处理过程中可以观察到碱金属或碱土金属硼酸盐的结晶[2-4]。玻璃组成的变化可显著改变熔体自然冷却过程中可能形成的微晶的性质和相对比例。例如，在先前的工作中，我们表明，当SiO2-Na 2 O-CaO-MoO 3玻璃组合物中B2 O3浓度增加时，CaMoO 4结晶倾向以Na 2 MoO 4为代价增加[4]。在这项研究中，我们提出了两个系列（Mx，由）淬火玻璃样品属于该系统使用29 Si，11B，23 Na MAS NMR和拉曼光谱的结构结果。MoO 3对玻璃网络结构的影响进行了研究，并讨论了其结构作用（Mx系列）。硼硅酸盐网络内的Na+离子的分布的演变是遵循当B2 O3浓度增加（由系列），并讨论根据熔体的结晶倾向的演变。对于所有的玻璃，ESR用于研究顺磁性物质的性质和浓度。
2011-04-11 cond-mat.mtrl-sci
Structure and vibrational properties of sodium silicate glass surfaces
使用分子动力学模拟，我们调查的钠硅酸盐玻璃的表面上的钠含量以及表面的性质的结构和振动性质的依赖性。两种类型的玻璃表面被认为是：熔融形成的表面（MS），其中具有自由表面的液体已被冷却到玻璃相和断裂表面（FS）通过拉伸加载的玻璃样品获得。我们发现，MS是更丰富的钠和非桥氧原子比FS和散装玻璃，而FS具有更高的浓度的结构缺陷，如二元环和欠协调的硅比MS。我们将这些结构差异的生产历史的玻璃和钠离子的流动性。研究还发现，对于贫钠体系，组分和局域原子电荷密度的涨落随离表面距离的增加而呈幂律衰减，而富钠体系则呈指数衰减，典型的衰减长度为$\approx2.3$ ~ 10。振动态密度表明，表面的存在导致系统中的特征频率的降低。二元环在$\approx880$ ~cm $^{-1}$处产生一个明显的带，这与实验观察结果吻合得很好。
2020-06-26 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Atomistic insights into the mixed-alkali effect in phosphosilicate glasses
近年来，通过组成设计来定制生物活性玻璃的性质已经成为它们在医学应用中的广泛兴趣的主题，例如，组织再生了解氧化物玻璃中的混合碱效应（MAE）对于定制玻璃组合物以控制离子的迁移率以及因此取决于它的玻璃性质（例如离子释放、玻璃化转变温度和离子电导率）具有根本重要性。然而，大多数以前设计的生物活性玻璃是基于试错法，这是由于复杂的玻璃结构，这是不平凡的分析，因此，缺乏一个清晰的图片的玻璃结构在短期和中期秩序。因此，我们使用分子动力学模拟来研究使用MAE是否可以控制45 S5玻璃的生物活性和性质及其结构起源。我们发现，网络连接性，一个结构参数，通常用于访问硅酸盐玻璃的生物活性，不改变与锂或钾钠取代。相反，弹性模量表现出强烈的依赖于改性剂的类型，因为它们随着平均场强的增加而增加。类似地，玻璃元素的流动性受到用于取代Na的改性剂的类型的显著影响。的性质的变化进行了进一步讨论，并解释使用的变化在短期和中期的结构，给出以前的实验结果的证据。最后，我们强调的起源不存在的MAE，改性剂对玻璃的生物活性的影响，在预测氧化物玻璃的生物活性的动力学描述符的重要性，我们提供了必要的见解，在原子尺度上，需要进一步发展的生物活性玻璃。
2022-01-13 cond-mat.mtrl-sci
In situ visualization of Ni-Nb bulk metallic glasses phase transition
本文报道了镍基大块非晶合金的结构演化和晶化行为的原位研究结果。采用X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、纳米束衍射（NBD）、差示扫描量热仪（DSC）、径向分布函数（RDF）和扫描探针显微镜/光谱（STM/STS）等技术对Ni 63. 5 Nb 36. 5玻璃晶化前后的结构和电子性质进行了分析。结果表明，Ni 63.5Nb 36.5合金在低于完全晶化温度的条件下可以发生部分表面晶化。根据我们的STM测量，初始结晶最初是从Ni 3 Nb相形成开始的。结果表明，由于可能的表面重构，表面结晶与体相结晶有很大不同。提出了Ni 63.5Nb 36.5玻璃合金二维晶化的机制，对应于局部亚稳（3x 3）-Ni（111）表面相的形成。不同的表面纳米结构的发展的可能性的原始玻璃态合金在超高真空中的退火温度低于，比晶化温度。均方表面粗糙度参数Rq的增加，而从玻璃态到完全结晶状态，可以引起的Ni 3 Nb和Ni 6 Nb 7体相的并发生长。提出了估算Ni_（63.5）Nb_（36.5）团簇尺寸的简单经验模型，计算值（7.64 A，8.08 A）与STM测量值（8 A-10 A）符合较好。
2013-02-13 cond-mat.mtrl-sci
New interaction potentials for alkali and alkaline-earth aluminosilicate glasses
我们应用最近开发的优化方案，以获得有效的电位为碱金属和碱土金属铝硅酸盐玻璃，含有锂，钠，钾，或钙作为改性剂。作为优化的输入数据，我们使用的径向分布函数的液体在高温下通过从头计算分子动力学模拟和密度和弹性模量的玻璃在室温下从实验产生。新的相互作用势能够可靠地再现二元硅酸盐的结构和各种机械和振动性能在很宽的组合物。我们已经测试了这些潜力的各种三元系统，并发现它们是可转移的，可以混合，从而允许再现和预测的结构和性能的多组分玻璃。
2018-11-03 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Microscopic description of the low-temperature anomalies in silica and lithium silicate via computer simulations
通过计算机模拟揭示了低温异常的性质，特别是二氧化硅和锂硅玻璃中隧穿系统的性质。系统地探讨了这些系统的势能景观相邻对的局部极小值，这可能会在低温下作为双阱势（DWP）。三种不同类型的DWP的区别，有关完美协调的二氧化硅，内在的二氧化硅缺陷，和外在的缺陷。详细地描述了它们的空间延伸和偶极矩等性质。此外，还估计了隧道系统（即对称DWP）的绝对数量。并与Suprasil I和Suprasil W的介电回波、比热和声学实验结果进行了比较。所有相关功能的半定量协议。
2006-09-27 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Structural, vibrational and thermal properties of densified silicates : insights from Molecular Dynamics
采用经典分子动力学模拟研究了致密硅酸钠（NS 2）的结构、振动和热性质。对玻璃结构与密度的关系进行了系统的研究。我们观察到的网络表现为从四面体到八面体硅环境的过渡，非桥接氧原子的量的减少和三倍配位氧原子（三簇）的外观的再聚合。观察到中程有序的异常变化，第一个尖锐的衍射峰显示其半峰全宽的最小值，根据密度。观察到了致密玻璃中玻色子峰强度向高频移动和强度降低等振动趋势。最后，我们表明，液体的热行为可以复制的Birch-Murnaghan状态方程，从而使我们能够计算的等温压缩性。
2012-04-03 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Infrared emissivity spectroscopy of a soda-lime silicate glass up to the melt
用红外发射率光谱法研究了掺铁钠钙玻璃从室温到熔体的短程结构。利用介电函数模型（DFM）对发射率谱进行拟合，得到了Q^n四面体单元分布的定量信息。DFM是基于因果高斯带，与硅酸盐四面体的拉伸运动。吸收模式的变化与随温度不断增加的动态无序的激活有关。在室温下得到的Q^n形态与魔角旋转核磁共振（MAS NMR）研究结果吻合得很好。除了在玻璃结晶过程中Q^4单元增加，熔体中Q^2和Q^4单元略有增加外，四面体物种的分布随温度略有变化。这些结果表明红外光谱在玻璃和熔体聚合度定量分析中的潜力。
2012-01-26 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Universal Scaling Law of Glass Rheology
液体和玻璃之间原子结构的相似性激发了一个长期存在的假设，即玻璃的性质可能更像流体，而不是明显的固体。原则上，玻璃的性质可以通过测量流变学对玻璃状态下剪切应变速率的动态响应来表征。但由于玻璃的脆性和现有实验技术的限制，玻璃的动力学行为主要是在过冷液体状态下或在较窄速率范围内的玻璃状态下进行评价。因此，玻璃的性质还没有很好地阐明实验。在这里，我们报告的动态响应的剪切应力的剪切应变率的金属玻璃超过九个数量级的时间尺度，相当于数百年，由宽带应力松弛实验。在流体动力学的框架内，金属玻璃以及其他玻璃（包括硅酸盐玻璃和聚合物玻璃、颗粒材料、土壤、乳化剂甚至是火蚁聚集体）的全谱动态响应遵循普遍的标度律。此外，通用标度律提供了全面验证的猜想上的干扰相图，通过该系统的各种玻璃系统的动态行为可以统一在一个标题下的热力学参数的温度，体积和应力在轨迹空间。
2021-11-05 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Fractoluminescence characterization of the energy dissipated during fast fracture of glass
对两种硅酸盐玻璃进行了断裂发光实验。动态断裂过程中收集的所有光谱揭示了黑体辐射行为，这被解释为裂纹尖端附近的裂纹速度依赖的温度上升。裂纹速度估计为1300 m.s $^{-1}$的顺序和断裂过程区被证明是在几个纳米范围内延伸。
2012-06-30 cond-mat.mtrl-sci
Revealing hidden medium-range order in silicate glass-formers using many-body correlation functions
本研究结合两体与多体关联函数，揭示二氧化硅及硅酸钠玻璃形成体中隐藏的中程有序，并将其结构关联长度与动力学脆性和弹性质联系起来。
2024-06-13 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
