Tese

Structural studies in aluminophosphosilicate glasses and in cold-pressurized borosilicate glasses by Nuclear Magnetic Resonance in the solid state (2023)

• Authors:
  • Santos, Millena Logrado dos
  • Eckert, Hellmut (Orientador)
  • Oliveira Junior, Marcos de (coorient)
• Autor USP: SANTOS, MILLENA LOGRADO DOS - IFSC
• Unidade: IFSC
• Sigla do Departamento: FCI
• DOI: 10.11606/T.76.2023.tde-02082023-101358
• Subjects: VIDRO; RESSONÂNCIA MAGNÉTICA NUCLEAR; ESTADO SÓLIDO
• Keywords: Aluminofosfossilicato; Aluminophosphosilicate; Borosilicate; Borossilicato; Double resonance; Dupla ressonância; NMR; Pressurized glasses; RMN; Solid-state; Vidros pressurizados
• Agências de fomento:
  • Financiado pela FAPESP
  • Financiado pelo CNPq
  • Financiado pela CAPES
  • Financiado pela Nippon Electric Glass Co.
• Language: Inglês
• Abstract: Vidros tecnologicamente importantes podem ter as suas propriedades refinadas se associadas ao conhecimento do papel de cada elemento na estrutura do vidro. No entanto, elucidar propriedades, tais como a resistência ao calor, às intempéries e à formação de trincas, com base na estrutura do vidro é uma tarefa desafiadora, dado os múltiplos fatores que influenciam estas propriedades macroscópicas. Neste estudo, nós investigamos a correlação estrutura-propriedade para três sistemas distintos: (i) uma fibra ótica resistente ao calor de aluminofosfossilicato com a composição: xNa2O - (22.50-x)Al2O3 7.50P2O5 70.00 SiO2 (NAPS), 2,50 x 17.50; (ii) uma fibra ótica resistente às intempéries de aluminofosfossilicato, com composição xSiO2 - (59-x)P2O5 - 13Al2O3 - 28Na2O (SPAN), 0 x 13; e (iii) vidros pressurizados a frio que podem esclarecer propriedades de resistência à formação de trincas, com a composição 20Na2O - xB2O3 - (70-x)SiO2, x = 10, 20, 30. O ordem de curto e médio alcance dos três sistemas distintos foi investigada por espectroscopia de Ressonância Magnética Nuclear de estado sólido por meio de experimentos de ressonância simples de multinuclear de ^[11]B, ^[23]Na, ^[27]Al, ^[29]Si, ^[31]P. As estruturas vítreas são elucidadas em termos de duas terminologias: X^[(n)], que se refere ao átomo X ligado a n oxigênios conectados a átomos formadores de rede semelhantes ou distintos, e X(N), que se refere ao isótopo X coordenado por N átomos (sendo N um numeral romano). Nosistema (i) (vidros NAPS), o duplo papel do sódio, como compensador de carga ou como modificador de rede, foi investigado. A estrutura desses vidros é dominada por uma preferência significativa de ligação entre espécies tertracoodenadas e aniônicas de Al(IV) e unidades catiônicas de P^[(4)] (ligações Al-O-P). A substituição gradual de óxido de alumínio por sódio inicialmente aumenta o número de ligações Si-O-Al, que são balanceadas pela introdução de íons Na^[+] pelo Na^[2]O. Valores maiores de x ([Na]/[P] > 1) levam à despolimerização parcial das ligações Al-O-P e à formação de unidades neutras P^[(3)] e iônicas P^[(2)] e P^[(1)], que interagem fortemente com as espécies de sódio. Além disso, a presença de ligações P-O-P nos vidros com maiores concentrações de sódio foi confirmada por experimentos de excitação de duplo quanta de ^[31]P. O cenário geral pode ser descrito pelo papel dual dos íons de sódio na estrutura vítrea, agindo como balanceador de carga para o formador de rede Al(IV) aniônico, e como um neutralizador para os oxigênios não ligantes das novas unidades P^[(n)] formadas (3 n > 1). No sistema (ii) (vidros SPAN), os espectros de ^[29]Si medidos pela técnica de Rotação no ngulo Mágico (Magic Angle Spinning -MAS)-RMN indicam que nenhuma proporção significativa de Si hexacoordenado, tipicamente esperado em vidros com altas razões [P]/[Si], foi formada. Essa estrutura é possivelmente suprimida pela forte interação entre fósforo e alumínio, quantificada pelosexperimentos de ressonância dupla com reacoplamento dipolar ^[27]Al-^[31]P. Técnicas de reacoplamento dipolar também facilitaram a análise dos espectros de ^[31]P MAS-RMN em termos de duas componentes distintas, com deslocamentos químicos diferentes: uma interagindo fortemente com Na, outra mais fortemente com o Al. As informações estruturais baseadas em RMN podem esclarecer sobre a dependência composicional não-linear da resistência à intempérie dos vidros. Por fim, efeitos de pressurização a frio também foram investigados no sistema: No sistema (iii) de borossilicatos pressurizados, ^[11]B MAS e ^[23]Na MAS-RMN ilustram juntos um efeito estrutural contraintuitivo: o número de coordenação médio do B diminui com a compressão. Esse efeito expõe um comportamento ainda não reportado na literatura: a pressão aplicada induz uma aproximação entre os íons de Na^[+] e espécies de oxigênio que ligam boro tetraédrico e silício, causando uma quebra em ligações B(IV)-O-X (X = B, Si). Como resultado, novas unidades B(III) são formadas, bem como oxigênios não-ligantes predominantemente conectados ao silício (e compensados por íons Na^[+])
• Imprenta:
  • Publisher place: São Carlos
  • Date published: 2023
• Data da defesa: 04.04.2023

Informações sobre o DOI: 10.11606/T.76.2023.tde-02082023-101358 (Fonte: oaDOI API)
• Este periódico é de acesso aberto
• Este artigo é de acesso aberto
• URL de acesso aberto
• Cor do Acesso Aberto: gold
• Licença: cc-by-nc-sa

---

How to cite

A citação é gerada automaticamente e pode não estar totalmente de acordo com as normas

• ABNT

  SANTOS, Millena Logrado dos. Structural studies in aluminophosphosilicate glasses and in cold-pressurized borosilicate glasses by Nuclear Magnetic Resonance in the solid state. 2023. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, São Carlos, 2023. Disponível em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76134/tde-02082023-101358/. Acesso em: 10 out. 2024.

• APA

  Santos, M. L. dos. (2023). Structural studies in aluminophosphosilicate glasses and in cold-pressurized borosilicate glasses by Nuclear Magnetic Resonance in the solid state (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, São Carlos. Recuperado de https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76134/tde-02082023-101358/

• NLM

  Santos ML dos. Structural studies in aluminophosphosilicate glasses and in cold-pressurized borosilicate glasses by Nuclear Magnetic Resonance in the solid state [Internet]. 2023 ;[citado 2024 out. 10 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76134/tde-02082023-101358/

• Vancouver

  Santos ML dos. Structural studies in aluminophosphosilicate glasses and in cold-pressurized borosilicate glasses by Nuclear Magnetic Resonance in the solid state [Internet]. 2023 ;[citado 2024 out. 10 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76134/tde-02082023-101358/

Últimas obras dos mesmos autores vinculados com a USP cadastradas na BDPI:

• Elementos do grupo 13 em biovidros: uma análise pela técnica de rotação no ângulo mágico
• Máquinas quânticas térmicas e magnéticas
• Structure-property relations in crack-resistant alkaline-earth aluminoborosilicate glasses studied by solid state NMR
• Network modifier effects in multiple network former glasses: NMR results on the system 70 SiO2-7.5 P2O5-(22.5 - x)Al2O3-xNa2O (0 ≤ x ≤ 17.5)
• Silica incorporation into sodium aluminum phosphate glasses: structural characterization by Raman spectroscopy and multinuclear solid-state NMR
• Insights of solid state NMR: the non-linear macroscopic properties of silica-aluminophosphate glasses
• Glass and glass ceramics: structure study by advanced solid state NMR
• Insights of solid state NMR: the non-linear macroscopic properties of silica-aluminophosphate glasses
• Densification of sodium borosilicate glasses at ambient temperature: structural investigations by solid-state nuclear magnetic resonance and raman scattering
• Structural origins of weathering stability in sodium aluminum phosphosilicate glasses: results from multinuclear solid state NMR