Фосфатное стекло – это универсальное соединение, которое используется в топливных элементах и в качестве биоматериалов для подачи терапевтических ионов. Р2о5-соединение, образующее структурную сеть фосфатного стекла, состоит из фосфора, элемента, который может принимать множество различных конфигураций связей в сочетании с кислородом.
Известно, что для улучшения физико-химических свойств фосфатных стекол важно понять взаимосвязь между структурой и диффузией ионов. Однако изучение таких взаимодействий на атомном уровне чрезвычайно сложно, что побуждает ученых искать подходящий подход для освещения деталей процесса диффузии ионов.
Недавно группа исследователей из Нагойского технологического института под руководством доктора Томоюки Тамуры теоретически расшифровала механизм диффузии ионов, участвующий в процессе реакции гидратации фосфатных стекол. Их исследование опубликовано в журнале Physical Chemistry Chemical Physics Journal.
Сообщается, что в полностью связанном фосфатном стекле на основе P2o5 три атома кислорода в каждой фосфатной единице связаны с соседними атомами фосфора. Для изучения динамики ионов в фосфатном стекле в процессе гидратации исследователи использовали модель, изготовленную из фосфатов с морфологией Qp2 и Q p3, которые содержат два и три мостиковых кислорода на тетраэдр PO 4 соответственно, а также шесть координированных кремниевых структур.
Исследователи применили теоретический вычислительный подход, известный как “молекулярно-динамическое моделирование первых принципов”, для исследования диффузии протонов и ионов натрия в стекло.
Основываясь на своих наблюдениях, учёные предложили механизм, при котором протоны “прыгают” и адсорбируются на немостовом кислороде или “висящем” атоме кислорода близлежащих фосфатов через водородные связи.
Отмечается, что спрос на новые биоматериалы для эффективной профилактики и лечения растет, и фосфатные стекла вполне способны удовлетворить эту растущую потребность. Значительная часть населения страдает заболеваниями, связанными со слабостью костей и мышц. Как полагает доктор Тамура, “Водорастворимое силикофосфатное стекло является перспективным кандидатом на поставку лекарств или неорганических ионов, способствующих регенерации тканей, и наше открытие приближает исследования в области технологии стекла на один шаг к достижению этой цели”.
