Σύνθεση ανόργανων υάλων µε µη συµβατικές µεθόδους και χαρακτηρισµός της δοµής τους µε φασµατοσκοπικές τεχνικές
Authors: Νασίκας Νεκτάριος 
Published: September 2021

Η παρούσα Διδακτορική Διατριβή ασχολείται µε τη σύνθεση καθώς και τον δοµικό και φυσικοχηµικόχαρακτηρισµό των έξης υαλωδών συστηµάτων: (α) του δυαδικού συστήµατος xMgO – (1 – x)SiO2, µε 0.50 ≤ x ≤0.667, (β) του ψευδοδυαδικού συστήµατος (1 – x)[CaO:MgO] – xSiO2, µε 0.333 ≤ x ≤ 0.27 και (γ) του δυαδικούσυστήµατος xY2O3 – (1 – x)Al2O3, µε 0.24 ≤ x ≤ 0.41 και x σε mol %.Τα συστήµατα αυτά παρουσιάζουν σηµαντικές δυσκολίες στο να σχηµατίσουν υάλους µε κλασικέςµεθόδους υαλοποίησης και ως εκ' τούτου τα διαθέσιµα δεδοµένα αναφορικά µε τα δοµικά και φυσικοχηµικά τουςχαρακτηριστικά είναι περιορισµένα. Η σύνθεση των υάλων αυτών καταστεί δυνατή µε τη µέθοδο τηςαεροδυναµικής ανύψωσης και της τήξης των οξειδίων µε Laser CO2 (Aerodynamic levitation/CO2 laser meltingtechniques). Αυτή η σχετικά νέα και µη συµβατική τεχνική υαλοποίησης είναι και η µόνη διαθέσιµη έως σήµεραµέθοδος µε την οποία µπορούν να συντεθούν οι περισσότεροι από τους ανωτέρω υάλους.Για το δοµικό και φυσικοχηµικό χαρακτηρισµό των ανωτέρω συστηµάτων, χρησιµοποιήθηκαν οιφασµατοσκοπικές τεχνικές Raman και NMR, ενώ ταυτόχρονα πραγµατοποιήθηκαν µετρήσεις ΔιαφορικήςΘερµιδοµετρίας Σάρωσης, Ηλεκτρονικής Μικροσκοπίας Σάρωσης, Ηλεκτρονικής Μικροσκοπίας ΦαινοµένουΣήραγγας και πυκνοµετρίας, καθώς και Μοριακών Προσοµοιώσεων.Τα δύο πρώτα συστήµατα (α-β) ανήκουν στην ευρεία οικογένεια των ανόργανων υάλων του Πυριτίου µεΟξείδια των Αλκαλικών Γαιών σε συστάσεις εξαιρετικά φτωχές σε οξείδιο του Πυριτίου. Το τελευταίο αυτόχαρακτηριστικό είναι και το πιο ενδιαφέρον από πλευράς δοµής και Φυσικοχηµικών διεργασιών, καθώς οι ύαλοιαυτοί χαρακτηρίζονται ως «φτωχοί σχηµατιστές υάλων» µε αποτέλεσµα η δοµή τους να χαρακτηρίζεται απόακραίο αποπολυµερισµό. Στα πλαίσια της παρούσας Διατριβής κατέστη δυνατή η σύνθεση των υάλων αυτών σεσυστάσεις οι οποίες για πρώτη φορά συντίθενται σε εργαστήριο και τα αποτελέσµατα που προέκυψαν από τονδοµικό και φυσικοχηµικό τους χαρακτηρισµό, παρουσιάζονται επίσης για πρώτη φορά. Οι εξαιρετικάαποπολυµερισµένες δοµές των υάλων αυτών - τους οποίους ονοµάζουµε «υπο-ορθο-πυριτικούς» εξαιτίας τηςσύστασης τους η οποία περιέχει ποσοστό Πυριτίας λιγότερο από την Ορθο-Πυριτική σύσταση (33.3 mol % SiO2) -βρέθηκε ότι χαρακτηρίζονται από τετράεδρα πυριτίας µε διαφορετικό αριθµό γεφυρωτικών οξυγόνων, µε ταελεύθερα τετράεδρα πυριτίας να κυριαρχούν στις δοµές καθώς µειώνεται σταδιακά το ποσοστό του SiO2.Τα συµπεράσµατα που προέκυψαν αναφορικά µε τα δύο πρώτα συστήµατα, δίνουν για πρώτη φορά, µιαεικόνα αναφορικά µε την δοµική και φυσικοχηµική συµπεριφορά Πυριτικών υάλων µε οξείδια των ΑλκαλικώνΓαιών, όταν το ποσοστό του κλασικού υαλοσχηµατιστή φτάνει στα όρια της δυνατότητας σχηµατισµού υάλων.Το τελευταίο σύστηµα (γ) το οποίο µελετήθηκε στα πλαίσια της παρούσας Διατριβής, αφορά στην σύνθεσηκαι τον δοµικό-Φυσικοχηµικό χαρακτηρισµό υάλων Υττρίου-Αλουµίνας σε σχέση µε το εξαιρετικά ιδιαίτεροχαρακτηριστικό που παρουσιάζει το σύστηµα αυτό, το οποίο αναφέρεται ευρέως ως «πολυαµορφισµός». Στοσύστηµα αυτό, µελετήθηκε και παρουσιάζεται για πρώτη φορά το περιβάλλον συναρµογής των ατόµων του Υττρίου, ενώ παρέχονται επιχειρήµατα ότι το φαινόµενο του πολυαµορφισµού είναι παρόν σε όλους τους υάλουςπου σχηµατίζονται εντός του δυαδικού συστήµατος αυτού. Επίσης συσχετίζονται τα δοµικά χαρακτηριστικά τωνυάλων αυτών µε την εµφάνιση του πολυαµορφισµού ενώ για πρώτη επίσης φορά µελετώνται συστηµατικά οιδιεγέρσεις χαµηλών συχνοτήτων, σε σχέση µε την µεταβολή της σύστασης και της θερµοκρασίας.Τα αποτελέσµατα της ανάλυσης των διεγέρσεων χαµηλών συχνοτήτων για τα φάσµατα Raman των υάλωναυτών, δείχνουν για πρώτη φορά σηµαντικές εντάσεις για την κορυφή που παρατηρείται στις χαµηλές συχνότητες,ενώ αυτή παραµένει ανεπηρέαστη της σύστασης και της θερµοκρασίας.Τέλος, θα πρέπει να επισηµανθεί ότι τα οξείδια τα οποία συναποτελούν το συγκεκριµένο σύστηµα, δενέχουν την δυνατότητα να σχηµατίσουν υάλους αυτόνοµα.