Surface structures of sodium borosilicate glasses from molecular dynamics simulations

硼硅酸盐玻璃 材料科学 化学成分 氧化物 化学物理 分子动力学 化学工程 氧化钠 矿物学 化学 复合材料 冶金 计算化学 有机化学 工程类
作者
Mengguo Ren,Lu Deng,Jincheng Du
出处
期刊:Journal of the American Ceramic Society [Wiley]
卷期号:100 (6): 2516-2524 被引量:28
标识
DOI:10.1111/jace.14654
摘要

Abstract Surface plays an important role in the physical and chemical properties of oxide glasses and controls the interactions of these glasses with the environment, thus dominating properties such as the chemical durability and bioactivity. The surface atomic structures of a series of sodium borosilicate glasses were studied using classical molecular dynamics simulations with recently developed compositional dependent partial charge potentials. The surface structural features and defect speciation were characterized and compared with the bulk glasses with the same composition. Our simulation results show that the borosilicate glass surfaces have significantly different chemical compositions and structures as compared to the bulk. The glass surfaces are found to be sodium enriched and behave like borosilicate glasses with higher R (Na 2 O/B 2 O 3 ) values. As a result of this composition and associated structure changes, the amount of fourfold boron decreases at the surface and the network connectivity on the surface decreases. In addition to composition variation and local structure environment change, defects such as two‐membered rings and three‐coordinated silicon were also observed on the surface. These unusual surface composition and structure features are expected to significantly impact the chemical and physical properties and the interactions with the environments of sodium borosilicate glasses.

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