Een team van onderzoekers van het Instituut voor Industriële Wetenschappen van de Universiteit van Tokyo gebruikte geavanceerde elektronenspectroscopie en computersimulaties om de interne atomaire structuur van aluminosilicaatglas beter te begrijpen. Ze vonden complexe coördinatienetwerken tussen aluminiumatomen in fasegescheiden gebieden. Dit werk kan de mogelijkheid openen voor verbeterde brillen voor touchscreens van slimme apparaten.

Als de vraag naar smartphones, tabletten, en zonnepanelen toenemen, zo zal ook de behoefte aan meer hoogwaardige, moeilijk, transparant glas. Een van de kandidaatmaterialen voor deze toepassingen is aluminosilicaatglas, die is gemaakt van aluminium, silicium, en zuurstof. Zoals bij alle amorfe materialen, het glas vormt geen eenvoudig rooster, maar bestaat meer als een ongeordende 'bevroren vloeistof'. Echter, er kunnen zich nog steeds ingewikkelde structuren vormen die nog niet door wetenschappers zijn geanalyseerd.

Nutsvoorzieningen, een team van onderzoekers van de Universiteit van Tokyo heeft fijnstructuurspectroscopie met elektronenenergieverlies gebruikt met een scanning-transmissie-elektronenmicroscoop om de lokale rangschikking van atomen in een glas gemaakt van 50% aluminiumoxide (Al2O ₃ ) en 50% siliciumdioxide (SiO ₂ ). "We hebben ervoor gekozen om dit systeem te bestuderen omdat het bekend is dat het zich in fasen splitst in aluminiumrijke en siliciumrijke regio's", zegt eerste auteur Kun-Yen Liao. Bij beeldvorming met een elektronenmicroscoop, sommige uitgezonden elektronen ondergaan inelastische verstrooiing, waardoor ze een deel van hun oorspronkelijke kinetische energie verliezen.

De hoeveelheid gedissipeerde energie varieert op basis van de locatie en het type atoom of cluster van atomen in het glasmonster dat het raakt. Elektronenverliesspectroscopie is gevoelig genoeg om het verschil te zien tussen aluminium gecoördineerd in tetraëdrische clusters in tegenstelling tot octaëdrische clusters. Door het profiel van de fijne structuurspectra van het elektronenenergieverlies pixel voor pixel aan te passen, de abundantie van de verschillende aluminiumstructuren werd met nanometerprecisie bepaald. Het team gebruikte ook computersimulaties om de gegevens te interpreteren.

"Aluminosilicaatglas kan worden vervaardigd om bestand te zijn tegen hoge temperaturen en drukspanningen. Dit maakt ze bruikbaar voor een breed scala aan industriële en consumententoepassingen, zoals aanraakschermen, veiligheidsglas, en fotovoltaïsche, " zegt senior auteur Teruyasu Mizoguchi. Omdat aluminosilicaat ook van nature voorkomt, deze techniek kan ook worden gebruikt voor geologisch onderzoek. Het werk is gepubliceerd in The Journal of Physical Chemistry Letters als "Onthullende ruimtelijke verdeling van Al-gecoördineerde soorten in een fasegescheiden aluminosilicaatglas door STEM-EELS".