1. Influence of Magnesium on the Structure of Complex Multicomponent Silicates: Insights from Molecular Simulations and Neutron Scattering Experiments
- Author
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Nicolas Bisbrouck, Matthieu Micoulaut, Stéphane Gin, J.M. Delaye, M. Bertani, Frédéric Angeli, Thibault Charpentier, Département de recherche sur les technologies pour l'enrichissement, le démantèlement et les déchets (DE2D), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Laboratoire de Physique Théorique de la Matière Condensée (LPTMC), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU), Laboratoire Structure et Dynamique par Résonance Magnétique (LCF) (LSDRM), Nanosciences et Innovation pour les Matériaux, la Biomédecine et l'Energie (ex SIS2M) (NIMBE UMR 3685), Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Département de recherche sur les Procédés et Matériaux pour les Environnements complexes (DPME), Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS), and Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
- Subjects
Materials science ,Magnesium ,chemistry.chemical_element ,[CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry ,02 engineering and technology ,Neutron scattering ,021001 nanoscience & nanotechnology ,Radial distribution function ,Alkali metal ,01 natural sciences ,Dissociation (chemistry) ,Surfaces, Coatings and Films ,Molecular dynamics ,chemistry ,Chemical physics ,0103 physical sciences ,Materials Chemistry ,Physical and Theoretical Chemistry ,010306 general physics ,0210 nano-technology ,Boron ,Structure factor - Abstract
International audience; A series of multicomponent glasses containing up to five oxides are studied using classical molecular dynamics simulations and neutron scattering experiments. The focus is on the role of magnesium in determining the structural properties of these glasses and the possible mixed effect during a sodium/magnesium substitution. Calculated structure functions (pair correlation function and structure factor) rather accurately reproduce their experimental counterpart, and we show that more fine structural features are qualitatively reproduced well, despite some discrepancies in the preferential spatial distribution between sodium and magnesium to aluminum and boron, as well as the nonbridging oxygen, distribution. The simulated systems offer a solid basis to support previous experimental findings on the composition–structure relationship, allowing for further analysis and property calculation. It is confirmed that the substitution of sodium by magnesium leads to the decrease of four-fold boron and a modification of the alkali coordinations with a significant change of the network structure. Specifically, magnesium coordination extracted from numerical simulations highlights a potential dissociation from penta- to tetra- and hexahedral units with increasing MgO contents along the glass series, which could not be resolved experimentally.
- Published
- 2021