D3 Spektroskopie und Beugung

Thema

Die Röntgenbeugung dieses Glases bestätigt experimentell das Fehlen einer Fernordnung. Dieses Ergebnis wurde bereits durch ein anderes Modell dieses Materials erzielt: Anstelle der für Materialien mit periodischem Kristallgitter typischen scharfen, wohldefinierten Bragg-Peaks zeigt dieses Glas einen amorphen Halo – ein breites und diffuses Beugungsmuster ohne scharfe Peaks. Das Fehlen eines periodischen Fernordnungsgitters verhindert die Ausbildung der für Kristalle charakteristischen scharfen Peaks im Beugungsmuster und führt stattdessen zu diesem amorphen Halo.

Zusätzlich zur Röntgenbeugung werden Raman-Spektroskopie, Fourier-Transform-Infrarotspektroskopie und Kernspinresonanz eingesetzt, um die Strukturspezies dieses Glases zu bestimmen: die Verteilung der verschiedenen Strukturspezies, sogenannte Q-Spezies gefolgt von einer Zahl, die sein Gitter bilden. Die Tatsache, dass jedes Siliziumtetraeder im Kristallgitter über eine bestimmte Anzahl von Brückensauerstoffatomen (zwischen null und vier) mit benachbarten Tetraedern verbunden ist, bedeutet, dass diese Anzahl die Spezies Q des jeweiligen Tetraeders bestimmt. Je größer die Anzahl der Brückensauerstoffatome, desto stärker ist die Struktureinheit im Kristallgitter vernetzt.

Die Kenntnis dieser Verteilung der Strukturspezies, ermittelt durch die drei spektroskopischen Techniken, ermöglicht es uns, eine weitere, im selben Modell für diese Spezies ermittelte Größe zu überprüfen: das Verhältnis von nichtbrückenden Sauerstoffatomen zu gitterbildenden Kationen. Da jede Strukturspezies eine bekannte Anzahl nichtbrückender Sauerstoffatome aufweist – das komplementäre Verhältnis zu ihren Brückensauerstoffatomen –, erlaubt uns die vollständige Verteilung der Strukturspezies, dieses Verhältnis unabhängig zu berechnen und mit dem Wert zu vergleichen, der bereits im anderen Modell auf anderem Wege ermittelt wurde.

Dieses mithilfe von Röntgenbeugung und Strukturspeziesanalyse entwickelte Modell bestätigt daher zwei unterschiedliche Aspekte zweier anderer Modelle dieser Gruppe: Der amorphe Halo bestätigt das Fehlen einer Fernordnung, wie sie im Modell zur Beschreibung der Glasstruktur angenommen wird, und die Verteilung der Strukturspezies bestätigt die Netzwerkverbindungen, die im Modell zur Beschreibung ebendieser Verbindungen angenommen werden. Da beide Bestätigungen auf denselben spektroskopischen und diffraktionsanalytischen Verfahren beruhen, die auch zur Entwicklung dieses Modells verwendet wurden, beruht keine der beiden auf Annahmen ohne experimentelle Bestätigung dessen, was die anderen beiden Modelle bereits belegen.

ID:4536