Fosfaatglas is een veelzijdige verbinding die belangstelling heeft gewekt voor gebruik in brandstofcellen en als biomaterialen voor het leveren van therapeutische ionen. P ₂ O ₅ -de verbinding die het structurele netwerk van fosfaatglas vormt - bestaat uit fosfor, een element dat in combinatie met zuurstof veel verschillende bindingsconfiguraties kan aannemen.

De fysisch-chemische eigenschappen die cruciaal zijn voor de praktische toepasbaarheid van fosfaatglas, bijvoorbeeld de hydratatiereactie die dicteert hoe snel een op fosfaatglas gebaseerd biomateriaal in het lichaam zal oplossen, hangt af van de diffusie van ionen in het glas. Dus, om de fysisch-chemische eigenschappen van fosfaatglazen te verbeteren, het is belangrijk om de relatie tussen de structuur en ionendiffusie te begrijpen. Echter, het bestuderen van dergelijke interacties op atomair niveau is buitengewoon moeilijk, wetenschappers ertoe aanzetten om te zoeken naar een geschikte benadering om de details van het ionendiffusieproces te belichten.

Onlangs, een team van onderzoekers van het Nagoya Institute of Technology, Japan, geleid door Dr. Tomoyuki Tamura, heeft theoretisch het iondiffusiemechanisme ontcijferd dat betrokken is bij het hydratatiereactieproces van fosfaatglazen. Hun studie is gepubliceerd in de Fysische chemie Chemische fysica logboek.

In volledig aangesloten P ₂ O ₅ -gebaseerd fosfaatglas, drie van de zuurstofatomen in elke fosfaateenheid zijn gebonden aan naburige fosforatomen. Om de dynamiek van ionen in het fosfaatglas tijdens het hydratatieproces te bestuderen, de onderzoekers gebruikten een model gemaakt van fosfaten met QP ² en QP ³ morfologieën, die twee en drie overbruggende zuurstofatomen per PO . bevatten ₄ tetraëder, respectievelijk, samen met zes gecoördineerde siliciumstructuren.

De onderzoekers implementeerden een theoretische computationele benadering die bekend staat als "eerste principes moleculaire dynamische (MD) simulatie" om de diffusie van proton- en natriumionen in het glas te onderzoeken. De reden voor hun onconventionele aanpak uitleggen, Dr. Tamura zegt, "Eerste principes MD-simulatie stelde ons in staat om de eerste fase van waterinfiltratie en diffundering in silicofosfaatglas aan te nemen en de diffusie van protonen en anorganische ionen voor de eerste keer op te helderen."

Op basis van hun observatie, de onderzoekers stelden een mechanisme voor waarbij de protonen "hopen" en worden geadsorbeerd op het niet-overbruggende zuurstof- of "bungelende" zuurstofatoom van nabijgelegen fosfaten door middel van waterstofbruggen. Echter, in het fosfaatglasmodel dat ze gebruikten, de QP ² fosfaateenheden droegen sterker bij aan de diffusie van protonen dan de QP ³ fosfaat eenheden. Dus, ze ontdekten dat de morfologie van de fosfaatnetwerkstructuur, of het "skelet" van het glas, heeft grote invloed op de diffusie van ionen. Ze merkten ook op dat wanneer er een natriumion in de buurt was, de adsorptie van een proton op een QP ² fosfaateenheid verzwakte de elektrostatische interactie tussen natrium- en zuurstofionen, het induceren van de ketendiffusie van natriumionen.

De vraag naar nieuwe biomaterialen voor effectieve preventie en behandeling neemt toe, en fosfaatglazen zijn goed in staat om aan deze groeiende behoefte te voldoen. Een groot deel van de bevolking, bestaande uit zowel ouderen als jongeren, lijdt aan ziekten die verband houden met bot- en spierzwakte. Zoals Dr. Tamura vermoedt, "In water oplosbaar silicofosfaatglas is een veelbelovende kandidaat voor het leveren van medicijnen of anorganische ionen die weefselregeneratie bevorderen, en onze studie brengt het onderzoek in glastechnologie een stap dichter bij het realiseren van het doel."

Dus, De nieuwe inzichten van de onderzoekers zullen ongetwijfeld een diepgaande real-life impact hebben en leiden tot doorbraken in onderzoek naar brandstofcellen en bioresorbeerbare materialen.