通过分子动力学模拟揭示含Nd2O3的碱铁磷酸盐玻璃的结构-性能关系

《Chemistry of Materials》：Revealing the Structure–Property Relationships of Nd2O3-Containing Alkali Iron Phosphate Glasses from Molecular Dynamics Simulations

通过分子动力学模拟研究Nd?O?掺杂KFePO4玻璃的原子结构及构效关系，发现Nd3+与磷酸根结合形成非桥氧，影响结构及性能，为AI/ML设计优化提供工具，应用于光子学和核废料处理。

　　

通过基于核废料玻璃成分设计的分子动力学（MD）模拟，结合人工智能（AI）和机器学习（ML）方法，研究了含有Nd₂O₃的钾铁磷酸盐玻璃的原子结构及其结构-性能关系。结果表明，Nd³⁺离子起到修饰作用，其平均Nd³⁺-O键长为2.35 ?，配位数为约6。Nd³⁺离子倾向于与[PO₄]^3–和[P₂O₇]^4–等磷酸根阴离子单元结合，形成非桥接氧原子；而K⁺离子主要负责补偿带负电的[FeO₄^]-单元。在模拟的玻璃中观察到Nd³⁺离子的聚集现象，且随着Nd₂O₃浓度从5%增加到10%，其均匀分布程度有所降低。此外，增加P₂O₅含量会提高孤立Nd³⁺离子的比例。Nd₂O₃的添加显著影响了玻璃结构，并导致机械性能和玻璃转变温度值发生显著变化。研究结果表明，基于物理原理的建模方法（如采用可靠原子间势的MD模拟）可以作为基于AI/ML设计的成分优化的有力工具，有助于阐明含有稀土离子的磷酸盐玻璃的复杂结构及其结构-性能关系。这类材料在光子学和核废料处理等关键领域具有广泛应用。