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Structural Origin of Additional Infrared Transparency and Enhanced Glass-Forming Ability in Rare-Earth-Rich Borate Glasses without B–O Networks

离子半径 化学 协调数 离子键合 拉曼光谱 分析化学(期刊) 红外光谱学 红外线的 结晶学 矿物学 离子 光学 物理 有机化学 色谱法
作者
Shunta Sasaki,Atsunobu Masuno,Koji Ohara,Yutaka Yanaba,Hiroyuki Inoue,Yasuhiro Watanabe,Shinji Kohara
出处
期刊:Inorganic Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:59 (19): 13942-13951 被引量:27
标识
DOI:10.1021/acs.inorgchem.0c01567
摘要

R2O3–B2O3 binary glasses (R denotes rare-earth elements or Y) were fabricated in a very wide composition region using a levitation technique. The maximum R2O3 content of light rare-earth compounds reached 63 mol % and decreased with a decrease in the ionic radius of R3+. The thermal, optical, vibrational, and structural properties were investigated, particularly for 50R2O3–50B2O3 glasses. The glass transition temperature increased with a decrease in the ionic radius of R3+, while the thermal stability was not affected by the glass composition. The packing density increased with a decrease in the ionic radius of R3+ due to lanthanoid contraction. Raman scattering and Fourier transform infrared spectra revealed that, in the rare-earth-rich glasses, no conventional three-dimensional networks consisting of corner-sharing BOn (n = 3 or 4) units existed because all B atoms were formed as isolated BO3 units. The simple environment around B atoms in the glasses led to additional IR transmittance regions, irrespective of the kinds of R. The total correlation functions obtained from high-energy X-ray diffraction measurements were analyzed using the pair-function method and compared with those of various RBO3 crystalline phases. It was suggested that the local structure around R resembles the ν-NdBO3-type crystal structure, and the O coordination number of R ranged from 6.5 to 7.7, smaller than that of the crystalline phase. The glass-forming ability depending on R was discussed based on the structural similarities between the melt, glass, and crystalline phases.

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