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
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
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
Temperature-Modulated Differential Scanning Calorimetry Analysis of High-Temperature Silicate Glasses
差示扫描量热法（DSC）是用于硅酸盐玻璃的最通用的探针之一，允许测定例如，转变温度（玻璃化、结晶化、熔化）和热容量的温度依赖性。然而，对于以重叠过渡和低灵敏度为特征的眼镜，这是由于富含SiO2的组合物在玻璃化转变期间热容变化小或高温下热电偶的灵敏度低。使用温度调制DSC（TM-DSC）可以克服这些挑战，该温度调制DSC能够分离重叠信号并以增加测量持续时间为代价提高灵敏度。
2018-05-03 cond-mat.mtrl-sci
Revealing the Atomic Structure of Silicate Glasses by Force-Enhanced Atomic Refinement
虽然实验可以提供玻璃原子结构的一些指纹（配位数、对分布函数等），通常需要原子模拟来直接访问结构本身（即，原子的位置）。一方面，分子动力学（MD）模拟可用于通过淬火液体产生-但MD模拟仍然受到极高冷却速率的困扰。另一方面，反向蒙特卡罗（RMC）建模绕过熔融淬火路线-但RMC往往产生非独特的玻璃结构。在这里，我们采用力增强原子细化（FEAR）的方法来克服这些限制和破译的硅酸钠玻璃的原子结构。我们表明，FEAR提供了一个前所未有的硅酸钠的原子结构的描述。FEAR产生的玻璃结构同时表现出（i）与实验中子衍射数据的一致性增强和（ii）与MD或RMC产生的那些相比具有更高的能量稳定性。这一结果使我们对钠硅酸盐玻璃的原子结构有了新的认识。具体来说，我们表明钠硅酸盐玻璃表现出比之前MD模拟所建议的更有序的中程有序结构。这些结果为提高精确描述玻璃原子结构的能力铺平了道路。
2019-10-30 cond-mat.mtrl-sci
Modelling the linear viscoelastic behavior of silicate glasses near the glass transition point
本文导出了玻璃在小应变等温单轴变形时的粘弹性响应模型。玻璃被视为具有不同重排活化能的弛豫单元的系综。参考能量景观概念，重排过程被认为是一系列的跳跃的放松单位（被困在他们的潜在的能源景观）更高的能级。应力-应变关系是利用热力学热力学定律建立的。通过拟合多组分硅酸盐玻璃在玻璃化转变点附近几个温度下的扭转动态实验数据，找到了可调参数。
2002-05-17 cond-mat.mtrl-sci
Ultraviolet luminescence of polycyclic aromatic hydrocarbons in partially consolidated sol-gel silica glasses
研究了干凝胶固结成致密玻璃过程中溶胶-凝胶法制备的石英玻璃的光致发光和拉曼光谱。在3 eV - 4 eV范围内发现了许多紫外光致发光带，这在未暴露于碳化合物的纯石英玻璃中是没有观察到的。这种PL带，其中一些表现出不同的振动结构在室温下，已持续报道在各种高表面多孔或纳米颗粒形式的二氧化硅。根据它们的光谱形状和衰减动力学性质，在3.7-3.8 eV和3.1-3.3 eV区域的结构化PL带分别被分配给多环烃、萘和芘，它们是由正硅酸乙酯水解产生的乙醇分子形成的。这些数据支持了碳掺杂二氧化硅的PL活性可能与嵌入的芳族碳基团有关的假设。
2021-09-03 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
Universal low-frequency vibrational modes in silica glasses
最近的研究表明，不同的简单模型的玻璃成型与二元相互作用定义的普遍性类的准本地化的低频模式的状态密度。可以解释的是，一旦避免了与标准德拜（扩展）模式的杂交，许多这样的模型表现出普遍的状态密度，取决于模式频率为$D(ω) \sim ω^4$。然而，这个普适性类的范围有多广，以及它是否也适用于玻璃成型机的更现实的模型，这是未知的。为了解决这个问题，我们提出了分析的准本地化模式在二氧化硅，网络玻璃，其中有二元和三元相互作用。我们的结论是，在3维二氧化硅表现出非常相同的频率依赖性在低频率，这表明这种普遍的形式是一个通用的结果，无定形glassiness。
2020-03-17 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Predicting the failure of two-dimensional silica glasses
能够根据结构信息预测材料的失效是一个基本问题，对于设备和组件的监测具有巨大的实际和工业意义。由于深度学习的最新进展，即使对于高度无序的固体，准确的故障预测也变得可能，但该过程中使用的参数数量之多使得对结果的物理解释变得不可能。在这里，我们解决这个问题，并使用机器学习方法来预测失败的模拟二维二氧化硅玻璃从其初始未变形的结构。然后，我们利用加权类激活映射（梯度CAM）建立注意力地图与预测，我们证明，这些地图是服从物理解释的拓扑缺陷和局部势能。我们表明，我们的预测可以被转移到具有不同形状或大小的样本，而不是训练中使用的样本，以及实验图像。我们的策略说明了人工神经网络训练的数值模拟结果可以提供可解释的预测实验测量的结构的行为。
2022-01-24 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci physics.data-an
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
Revealing the Void-Size Distribution of Silica Glass using Persistent Homology
本文利用持续同调分析二氧化硅玻璃的介观结构，揭示其空洞大小分布，为理解玻璃结构提供了新视角。
2025-07-07 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
On the Strength of Glasses
玻璃的显着强度检查使用玻璃转变的随机一级转变理论。该理论预测，强度不仅取决于弹性模量，还取决于玻璃制备时冻结的构型能。负责过冷液体的高粘度的类型的合作重排的应力催化定量地占测量强度的范围内的金属玻璃，二氧化硅和聚合物玻璃。
2012-07-13 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
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
Graph theory-based structural analysis on density anomaly of silica glass
分析玻璃材料的原子结构在实验和计算上都是一个巨大的挑战，缺乏对玻璃结构的直接、详细的了解阻碍了我们驾驭结构-性质关系的能力。例如，二氧化硅玻璃中密度异常的结构起源-负热膨胀系数-仍然知之甚少。基于分子动力学（MD）的模拟产生原子分辨的结构，但是量化密度异常中无序的作用是具有挑战性的。在这里，我们建议使用一个图形理论的方法来评估无序的结构安排之间的拓扑差异，从MD轨迹的二氧化硅玻璃。图形相似性度量量化共价网络之间的相似性，并且可以通过与参考结晶固体或与不同热力学状态的玻璃进行比较来表征无序固体的性质。这种方法涉及铸造全原子玻璃配置网络，并随后应用图形相似性度量（D-措施）。计算的D-测量值，然后作为两个配置之间的拓扑距离。通过在一定温度范围内测量二氧化硅玻璃构型的拓扑距离，在高于假想温度的温度下可以观察到不同的结构特征。此外，我们比较了玻璃和结晶二氧化硅相的局部原子环境之间的拓扑距离。这种方法表明，更多的柯石英样和石英样的局部结构出现在石英玻璃的密度是在加热过程中的最小值时。
2022-08-23 cond-mat.mtrl-sci
The Origin of Deformation Induced Topological Anisotropy in Silica Glass
本文利用分子动力学模拟和新颖分析方法，揭示了机械载荷下二氧化硅玻璃拓扑各向异性源于SiO$_4$四面体的择优取向，为定制氧化物玻璃性能提供了重要见解。
2023-06-26 cond-mat.mtrl-sci
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
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
New theory of femtosecond induced changes and nanopore formation
最近的结果证实了分子氧的存在，证明解离的二氧化硅键的重组不会发生。这与二氧化硅中纳米光栅结构内的纳米孔的观察相结合，导致基于四面体二氧化硅与其他玻璃相比的不寻常的淬火特性的飞秒处理的新解释。这种新方法为基于飞秒激光加工玻璃的设备（包括传感器）提出了非常不同的方向和影响。
2011-09-06 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Rigidity-based approach to the boson peak in amorphous solids: from sphere packing to amorphous silica
与连续弹性体相比，玻璃具有大量过量的低频振动模式，即所谓的玻色子峰，这似乎与玻璃的几个关键特性相关，例如运输或脆性。我回顾最近的结果表明，玻色子峰是一个必要的后果，弱连接的固体。我解释了为什么在排斥球组件的玻色子峰移到零频率的压力降低到干扰阈值，并推导出相应的指数。我展示了这些想法如何捕捉到无定形二氧化硅的振动光谱的主要低频特征。这些结果扩展了菲利普斯的论点，在约束下的共价网络的玻璃共价网络是刚性的，或当相互作用是纯粹的径向的存在下，软盘模式。
2008-06-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Composition effect in the thermo-mechanical behavior of glasses, and its modelization
本研究通过分子动力学模拟比较SiO2和Cu50Zr50玻璃在剪切与拉伸变形中的热-力学行为，提出涉及应变速率敏感性与应变梯度塑性的本构定律，准确再现塑性变形引起的自加热过程。
2025-07-17 cond-mat.mtrl-sci
Permanently densified SiO$_2$ glasses: a structural approach
本研究通过冷压缩和高温压缩制备致密化SiO2玻璃，利用显微拉曼光谱比较其结构差异，发现温度促进更松弛的结构，并基于Sen-Thorpe模型估算四面体间角分布。
2024-02-07 cond-mat.mtrl-sci
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
Clock Transitions Generated by Defects in Silica Glass
本文首次在含硼或铝的二氧化硅玻璃中观测到零磁场时钟跃迁，相干时间达16 μs，并提出该现象源于硼空位或铝空位中心。
2024-07-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Luminescence of localized states in oxidized and fluorinated silica glass
本文研究了氧化和氟化的名义纯石英玻璃在准分子激光激发下的光致发光。的数据进行了比较，与氯化硅玻璃的数据，以及玻璃含有OH。局域态的激发提供了载流子的释放和捕获，尽管吸收系数低。洞是自陷的。热激活或隧道过程中的复合产生了缺氧中心的发光。结果表明，氧化和重氮化不改变局域态的浓度，但它们改变了局域态的电子跃迁到更高的能量。在具有高OH含量的III型玻璃中，发光被氢的存在抑制，并且在用F2激光的7.9eV的光子照射后出现。这也可以是即使在这种玻璃中也存在定域态的证据。
2021-09-07 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
Raman measurement of irreversible shear in SiO$_2$ glass
拉曼光谱是研究SiO $_2$基玻璃中局部形变和结构变化的有用实验工具。在本文中，我们表明，剪切塑性流动影响的拉曼光谱的上半部分的拉曼光谱的大样本中使用的半经典建模。我们将这些变化的结构修改，以及在相同的频率范围内计算的振动模式的详细分析。这些结果打开了大门，在硅基结构的塑性损伤的原位监测。
2015-02-03 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
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
Influence of fictive temperature and composition of silica glass on anomalous elastic behaviour
为了指出热历史（假想温度）和OH含量对SiO2玻璃弹性性质的影响，我们对SiO2玻璃从室温到1773 K的过冷液体的玻璃转变过程进行了高分辨率的原位布里渊散射光谱测量。在玻璃态和过冷液体状态下，观察到弹性模量的异常增加。二氧化硅的弹性模量的斜率没有变化，这似乎是玻璃化转变的特征，与其他各种玻璃中发生的情况相反。我们表明，热历史有一个弱的影响弹性模量的玻璃化转变制度的二氧化硅玻璃。石英玻璃中水含量的影响比假想温度的影响更有效，并且对于相同的热依赖性，弹性模量的幅度变化更大。在1223K以上，还观察到水合样品的剪切模量的奇异下降。不同的模型解释弹性性能温度依赖性与冻结的密度波动或结构进行了讨论。
2006-07-10 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
In situ mapping of indentation-induced densification and cracking in vitreous silica by nanofocus X-ray scattering
Aalborg University（奥尔堡大学）；Helmholtz-Zentrum Hereon, Outstation at DESY（亥姆霍兹中心赫雷翁，DESY分站）；University of Jena（耶拿大学）；Technical University of Denmark（丹麦技术大学）
本研究利用纳米焦点X射线散射技术，原位探测非晶硅在压痕过程中的局部机械和结构响应，揭示密实区和裂纹的形成与演化，为改进玻璃耐损伤性能提供新见解。
2025-12-05 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
Monolayer sorption of neon in mesoporous silica glass as monitored by WAXS
我们报告的X射线散射强度的测量中孔玻璃充满氖。我们概述了一个简单的模型，以占的非线性增加的第一个峰的强度在一个液体样的衍射图案作为一个单层形成。这使我们能够展示一种不依赖于热力学模型的表面积测定方法，因此与现有模型是互补的。
2008-01-29 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
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
Direct link between boson-peak modes and dielectric $α$-relaxation in glasses
我们计算的介电响应的玻璃开始从微观系统浴哈密顿的Zwanzig-Caldeira-Leggett型，并使用从动力学理论的记忆功能在所得的广义Langevin方程中的一个anasterian。由此产生的框架需要的振动态密度（DOS）的知识作为输入，我们从数值评估的边缘稳定的谐波无序晶格，具有较强的玻色子峰（超过德拜$\simω_{p}^{2}$法的软模式过剩）。基于此计算的介电函数与实验数据相比，甘油在$T\lesssim T_{g}$的范例情况下。良好的协议被发现的反应（实部）的响应和$α$ -松弛峰的虚部，与早期的理论方法，特别是在反应模量的显着改善。在$α$峰的低频侧，拟合支持在消失的本征频率处存在$\sim ω_{p}^{4}$模式，如最近在[Phys.Rev.Lett. 117，035501（2016）]。我们的框架恢复了$α$ -翼不对称性和拉伸指数行为，这表明这些特征在很大程度上是由DOS中的软玻色子峰模引起的。
2017-02-02 cond-mat.dis-nn 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
Laser Cooling of Silica Glass
固体的激光冷却是当相干激光照射其吸收光谱的红尾时实现的，并且热量通过蓝移光子的反斯托克斯荧光来进行。固态激光冷却已经在几种材料中得到成功的验证，包括稀土掺杂的晶体和玻璃。石英玻璃是应用最广泛的光学材料，迄今为止，所有的激光冷却尝试都没有成功。除了其基本的重要性，许多潜在的应用可以设想为二氧化硅的反斯托克斯荧光冷却。这些潜在的应用范围从用于量子信息处理的光学电路的衬底冷却和用于引力波探测的高灵敏度干涉仪中的反射镜的低温冷却到高功率光纤激光器和放大器中的加热减少。在这里，我们报告了高纯度掺Yb石英玻璃样品的净冷却，这些样品主要是为高功率光纤激光器应用开发的，在制造过程中特别注意减少杂质并降低寄生背景损耗。由于低水平的杂质，Yb离子中的激发态的非辐射衰减速率在这些玻璃中非常小，导致接近1的量子效率。我们报告作为激光波长的函数的冷却效率的测量，从石英玻璃的量子效率计算。
2019-10-23 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
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
Poisson ratio and excess low-frequency vibrational states in glasses
在玻璃中，从Angell脆性对泊松比的依赖性出发[V.N.诺维科夫和A. P. Sokolov，Nature 431，961（2004）]，以及泊松比对原子堆积密度的依赖性[G. N. Greaves等人，Nat.板牙. 10，823（2011）]中，我们提出非均匀性主要是强玻璃（较低泊松比）中的密度波动和易碎玻璃（较高泊松比）中的剪切弹性波动。由于与德拜制度（玻色子峰）相比，低频振动模式的过剩与这些波动密切相关，我们建议它们在坚固的玻璃中是呼吸式的（体积变化），在脆弱的玻璃中是剪切式的（体积不变）。作为验证，它被证实，在强石英玻璃中的过剩模式主要是呼吸样的。此外，它示出，在一个强大的聚合物玻璃中的过剩的呼吸样模式被替换为剪切样模式下的静水压力，玻璃变得更加紧凑。
2013-08-20 cond-mat.mtrl-sci
New optimization scheme to obtain interaction potentials for oxide glasses
我们提出了一个新的方案参数化的有效势，可用于模拟原子系统，如氧化物玻璃。作为优化的输入数据，我们使用的径向分布函数的液体和玻璃的振动态密度，无论是从从头计算模拟，以及实验数据的玻璃密度的压力依赖性。对于二氧化硅的情况下，我们发现，这种新的计划有助于找到对电位，显着更准确的比以前的，即使功能形式是相同的，从而证明，即使是简单的两体电位可以优于更复杂的三体电位。我们通过计算弹性模量的压力依赖性对新势进行了检验，并与相应的实验数据吻合得很好。
2018-04-08 cond-mat.mtrl-sci
Stretched Exponential Relaxation of Glasses: Origin of the Mixed Alkali Effect
虽然确实普遍认为，作为冷冻的过冷液体，玻璃应该在多年内继续流动（例如，在中世纪大教堂的彩色玻璃窗的情况下），相反，它们的粘度在玻璃化转变温度以下的急剧增加表明，它们的弛豫时间在室温下大约为10 $^{32}$年。然而，Mauro等人最近进行的一项研究报告了商用康宁大猩猩玻璃在室温下超过1.5年的松弛动力学。在这里，我们报告了一种新的原子模拟方法，使我们能够直接访问在室温下的玻璃弛豫的长期（年）动态。基于一系列混合碱硅酸盐玻璃的模拟，我们证明了室温弛豫是混合碱效应的直接后果。虽然体积和能量的功能拉伸指数松弛，我们的研究结果揭示了一个分支的拉伸指数，与$β$ = 3/5和3/7的能量和体积松弛，分别。松弛被发现发生通过扩散的局部应力结构不稳定性内的原子网络，退火彼此当一个压缩的原子单元满足一个是在张力下。这种扩散陷阱弛豫机制的驱动力被发现是在最大值时，每个碱金属原子的浓度彼此相等，这是由每个碱金属原子的浓度和它们所经历的局部应力的大小之间的平衡而产生的。
2018-01-06 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Optical absorption of excimer laser-induced dichlorine monoxide in silica glass and excitation of singlet oxygen luminescence by energy transfer from chlorine molecules
在F_2激光辐照（光子能量= 7.9eV）的同时含有填隙O_2和Cl_2分子的合成石英玻璃中，发现了填隙一氧化二氯分子的光吸收带，其峰位为4.7eV，半宽为0.94eV。除了固有的缺陷，该OA带可以有助于从SiCl 4生产的二氧化硅玻璃的日晒。虽然ClClO的形成通过其拉曼特征得到证实，但其结构异构体ClOCl也可能有助于这种诱导的OA带。在300 C和400 C之间的该带的热破坏几乎完全恢复了间隙Cl 2的照射前浓度。一个额外的弱OA带在3.5 eV暂时分配给二氧化氯分子。在3eV-3.5eV激发下观察到激发态单线态O2分子的1272 nm强禁戒红外发光带，表明光激发三重态Cl 2向O2的能量传递过程。能量传递最可能发生在位于SiO2玻璃网络结构中相邻纳米间隙空隙中的Cl 2和O2间隙分子之间。
2021-08-30 cond-mat.mtrl-sci
Glass shaping at nanoscale: Mechanical forming of brittle amorphous silica by engineered inelastic interaction of scanning electrons with matter
无定形二氧化硅在高温下发生粘塑性变形，这对于脆性玻璃是常见的。粘塑性变形的关键机制涉及原子间键切换，这是已知的热激活过程。在本研究中，借由扫描电子显微镜进行系统的原位压缩实验，观察到无定形二氧化硅在无热活化下的黏塑性变形。此外，延展性并不随着SEM电子束的加速电压和电流密度单调增加，而是在特定的加速电压和电流密度条件下（与射束关闭条件相比）最大化三倍。电子-物质相互作用的蒙特卡罗模拟表明，粘塑性变形的独特趋势与相互作用体积相关，即，材料中发生非弹性电子散射的区域。改变迁移的原子团簇的大小可以导致分子内键的重排，从而导致更持续的键切换。基于相互作用体积的电子束照射下的小规模无定形二氧化硅结构的机械成形可以建模与高精度支持的想法，这种相对低电压的电子束照射诱导的粘塑性变形技术具有很大的潜力，推进无定形二氧化硅结构的制造和开发电子束辅助制造共价键合的非金属材料。
2020-08-18 cond-mat.mtrl-sci
On the origin of near infrared photoluminescence in Bismuth-doped aluminosilicate glass
铋掺杂铝硅酸盐玻璃的近红外光致发光研究已有16年的历史。虽然人们已经开发出各种基于掺铋石英玻璃的光纤激光器和放大器，但主要问题，即近红外光致发光的性质，仍然没有得到解决。在这里，我们表明，这一著名的近红外光致发光铋掺杂铝硅酸盐玻璃起源于缺陷，最有可能是带正电的氧空位V $_{O}^{2+}$在玻璃网络。该缺陷通过能量转移与其环境中的Bi $^+$离子相互作用。
2015-12-08 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
Dynamic condensation of water at crack tips in fused silica glass
水分子在玻璃中缓慢裂纹扩展的物理过程中起着重要作用。通常理解的是，在应力腐蚀期间，在裂纹腔中移动的水分子有效地降低了应变裂纹尖端处的结合强度，并且因此支持裂纹扩展。然而，在潮湿空气中的裂纹尖端的环境条件的细节还没有很好地确定。在以前的工作中，我们报告了在非常缓慢的裂纹扩展（10^-9至10^-10 m/s）过程中，熔融石英玻璃裂纹尖端存在100 nm长的液体冷凝物的直接证据。这些意见是基于在原位AFM相位成像技术应用于DCDC玻璃试样在受控气氛中。在这里，我们讨论的物理起源之间的液体冷凝物和玻璃表面的AFM相衬的针尖样品粘附诱导的毛细管桥。然后，我们报告了关于水冷凝长度随大气中相对湿度增加的新实验数据。测得的冷凝长度远大于使用开尔文方程和预期的裂纹尖端的几何形状预测。
2007-06-18 cond-mat.mtrl-sci
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
Structural studies of the sol-gel glasses with copper selenide nanoparticles by SANS technique
利用小角中子散射（SANS）和透射电子显微镜对硒化铜纳米粒子掺杂的溶胶-凝胶二氧化硅玻璃进行了研究。SANS强度证明了对散射参数（在该技术的框架内转移的动量）的复杂依赖性，然而，在整个q间隔中没有明显的峰。采用多分量幂律指数模型对不同层次的散射目标尺寸进行了近似计算。并对SANS数据进行了单指数分形模型拟合。从这两个模拟的结果，我们得出的Cu 2Se颗粒的尺寸约为60 nm和显着的修改的玻璃基质的规模的一个订单以上（的长程效应的颗粒上的玻璃）。上述散射物体的分形维数从1.5到4.2不等，表明形成了复杂的结构“玻璃中的颗粒”，这可能不会被简化为固体基质中单个颗粒的简单模型。
2021-12-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Relaxation processes of densified silica glass
本研究通过退火实验和原位拉曼光谱，发现致密SiO2玻璃的弛豫经历网络不均匀性增加的瞬态过程，密度不足以完全表征其结构，并测定了活化能及冷压样品的更快动力学。
2024-02-07 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Beyond packing of hard spheres: The effects of core softness, non-additivity, intermediate-range repulsion, and many-body interactions on the glass-forming ability of bulk metallic glasses
当液体以超过临界冷却速率$R_c$的速率冷却到远低于其熔化温度时，结晶态被绕过，取而代之的是形成无定形玻璃态。$R_c$（或相应的临界铸造厚度$d_c$）表征每种材料的玻璃形成能力（GFA）。虽然二氧化硅是具有小的$R_c<10^{-2}$ K/s的优良玻璃形成剂，但纯金属和大多数合金是具有大的$R_c>10^{10}$ K/s的差的玻璃形成剂。只有在过去的三十年中，块体金属玻璃（BMG）被确定为具有接近二氧化硅的$R_c$。最近的模拟表明，硬球模型是能够识别的原子尺寸比和数量分数制度BMG存在的临界冷却速率比纯金属小13个数量级以上。然而，除了硬核相互作用之外，原子间势还有许多其他的特征。这些其他特征如何影响BMG的玻璃形成能力？我们进行分子动力学模拟，以确定如何变化的软和非加性的排斥核心和形式的原子间对潜在的中间距离影响的GFA的二元合金。原子间对势的这些变化使我们能够引入几何挫折并改变与玻璃形成竞争的晶相。我们还研究了调整多体相互作用的强度从零到全嵌入原子模型对纯金属的GFA的影响。然后，我们采用完全嵌入原子模型的二元BMG和硬核相互作用发挥主导作用，在设置合金的GFA，而其他功能的原子间势只改变GFA的一到两个数量级。
2015-09-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Photoelectric response of localized states in silica glass
本文研究了石英玻璃在准分子激光激发下的光电响应。样品在各种条件下制备。记录了由于Doppler效应引起的样品的光电极化。在空间电荷限制电流的条件下记录信号。由电子和空穴的捕获产生的空间电荷产生防止释放的载流子扩散的电场。尽管光激发继续，外部电路中的电流记录停止。该效应被用作测量样品体积中的光电流而不是与样品无关的寄生电流的事实。屏幕的选择是为了防止杂散信号的影响。已经发现，当在二氧化硅的定域态的光谱吸收范围内激发时，释放载流子。基于Doppler效应，光电响应的符号显示了载流子的类型-电子或空穴是移动的。因此，含有铝而没有碱金属离子的样品给出负信号，这表明在290 K下电子扩散，因为铝是有效的空穴陷阱。缺氧样品在290 K提供了一个积极的信号，表明空穴的扩散，因为缺氧的中心是一个有效的电子陷阱。该样品在100 K下由于空穴的有效自陷而提供负信号。
2021-09-07 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
