Elucidating structural rearrangements during glass relaxation and crystallization
Glasses are a class of materials with fundamental importance for humankind stemming from numerous basic and high-technology applications. Due to the wide spectrum of attainable physical and mechanical properties glass research receives considerable attention from both private enterprises and academic research facilities worldwide. Despite all efforts, the characterization of these thermodynamically unstable materials remains inherently challenging. The lack of long-range structural order renders applications of the powerful X-Ray diffraction futile. In pursuit of fully grasping glass structure, local ordering on the sub-nanometer length scale has to be probed, however, currently there are only few suitable methodological means to this end. Even though significant progress in the understanding of glass structure has been made in the last decades, dynamic processes and structural rearrangements occurring during the thermal relaxation or crystallization of glasses are especially poorly understood. Recent research progress points out the special role of the intermediate-range order in glasses – i.e., structural order in dimensions between about 0.3 to 0.5 nm – to give potentially crucial insights into devitrification processes. In order to improve the fundamental understanding of this problem, this project uses an interdisciplinary approach, combining Raman and advanced solid-state nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopies with molecular dynamics (MD) simulations.
Projeto PT-BR
Elucidação de rearranjos estruturais durante o processo de relaxação e cristalização de materiais vítreos
Devido a inúmeras aplicações básicas e de alta tecnologia, vidros são uma classe de materiais de fundamental importância para a humanidade. Graças ao amplo espectro de propriedades físicas e mecânicas atingíveis, a pesquisa em vidros é extremamente ativa, tanto em empresas quanto em institutos de pesquisa acadêmica em todo o mundo. Apesar de todos os esforços, a caracterização desses materiais termodinamicamente instáveis é inerentemente desafiadora. A falta de periodicidade de longo alcance torna qualquer esforço de caracterização utilizando aplicações da poderosa técnica de difração com raios X infrutífero. Portanto, a caracterização da estrutura vítrea geralmente depende de informação da ordem local (escala de comprimento sub-nanométrica). Entretanto, existem poucas metodologias para essa finalidade. Embora progressos significativos no entendimento da estrutura vítrea tenham sido alcançados nas últimas décadas, processos dinâmicos e rearranjos estruturais que ocorrem durante o relaxamento térmico ou a cristalização de substâncias formadoras de vidro são especialmente pouco compreendidos. Estudos recentes apontam o papel especial do estudo do ordenamento em escala intemediária nos vidros – ou seja, ordenamento estrutural em dimensões entre cerca de 0,3 a 0,5 nm – para fornecer informação importante a respeito dos processos de devitrificação. Para melhorar o entendimento fundamental deste problema, este projeto propõe uma abordagem interdisciplinar, que combina técnicas de espectroscopia Raman e técnicas avançadas de RMN de alta resolução com simulações de dinâmica molecular (MD).