上海光機(jī)所在基于XPS的摻鐿磷鍺酸鹽玻璃結(jié)構(gòu)-性能建模研究中獲進(jìn)展

近日，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所高功率激光單元技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的研究團(tuán)隊(duì)在基于XPS的摻鐿磷鍺酸鹽玻璃結(jié)構(gòu)-性能建模研究中取得新進(jìn)展。研究人員為解決Yb³⁺摻雜磷酸鹽玻璃的“熱壅塞效應(yīng)”，通過(guò)O-1s XPS反演獲得結(jié)構(gòu)單元，建立擁有高擬合度、解析Yb³⁺在鍺磷酸的場(chǎng)強(qiáng)和近鄰對(duì)稱性變化的玻璃結(jié)構(gòu)-性能模型，探究該體系玻璃結(jié)構(gòu)與性能間的關(guān)系。該研究為建立“玻璃基因組”提供支持。

目前，如何通過(guò)建模加速玻璃設(shè)計(jì)，受到學(xué)界關(guān)注。O-1s XPS可線性表征處于不同環(huán)境下的氧原子含量，有效區(qū)分出多組分氧化物玻璃體系中的重要氧結(jié)構(gòu)單元（如橋氧和非橋氧）。實(shí)驗(yàn)中，研究人員基于O-1s XPS譜圖反演獲得的結(jié)構(gòu)單元和相應(yīng)玻璃性質(zhì)（包括密度、折射率、Stark分裂和發(fā)射截面），建立該體系玻璃的結(jié)構(gòu)-性能模型。模型求解結(jié)果表明，密度和折射率易受非橋氧影響，Stark分裂和發(fā)射截面易受與Ge相關(guān)的結(jié)構(gòu)單元和與P相關(guān)的非橋氧影響；此外，在玻璃結(jié)構(gòu)約束條件下，采用蒙特卡洛數(shù)值模擬方法，計(jì)算該四種玻璃性質(zhì)的概率分布范圍。這種通用化的結(jié)構(gòu)-性質(zhì)模型可拓展應(yīng)用于多組分氧化物玻璃的結(jié)構(gòu)-性能研究中，為減輕Yb³⁺摻雜磷酸鹽玻璃中的“熱壅塞效應(yīng)”、提高鍺磷玻璃中Yb³⁺的光譜性能提供新策略，并為建立“玻璃基因組”提供支持。

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磷鍺酸鹽玻璃實(shí)測(cè)性質(zhì)與基于O-1s XPS結(jié)構(gòu)-性質(zhì)模型預(yù)測(cè)性質(zhì)的比較圖：（a）密度；（b）折射率；（c）Stark分裂；（d）發(fā)射截面

相關(guān)研究成果發(fā)表在Materials Science & Engineering B.上，研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金的資助。