二元钾硅酸盐玻璃及晶体结构的Raman光谱研究

二元钾硅酸盐玻璃及晶体结构的Raman光谱研究

二元钾硅酸盐玻璃及晶体结构的Raman光谱研究

李安林，尤静林，陈 辉，吴永全，蒋国昌

（上海大学，上海市现代冶金与材料制备重点实验室，上海 200072）

*

一直以来，硅酸盐熔体结构和性质的研究，是冶金、陶瓷、玻璃和地学等领域最重要的核心课题。众多的研究方法使得对其精细微结构单元的影响和光谱表征的认识逐步深入级结构的概念解释精细微结构单元的变化和Raman谱峰的展宽以及不对称性。

试样的制备由分析纯无水碳酸钾和二氧化硅粉按相应摩尔比例混和，使K2CO3/SiO2的摩尔比分别为x＝1.00,1.33,1.50,1.67,2.00,2.33,3.00,4.00。 时得到玻璃相的Raman光谱。图中KS2.00表示NK2O/NSiO2=2.00（NK2O/NSiO2 表示K2O 和SiO2 的摩

Relative intensity

KS4.00KS3.00KS2.33KS2.00

KS1.67KS1.50KS1.30KS1.00

[1，2]

。本文利用激光

共焦Raman光谱测定和研究了二元钾硅酸盐玻璃和晶体中结构单元随成分变化的趋势，并且利用二

图1是在同一实验条件下，相应K2O-xSiO2样品在1473Ｋ时熔化后采用油冷冷却方式，在常温

尔分数的比值）。可见850 cm-1和930 cm-1左右处的谱峰逐渐减小，最后消失，反映了硅氧四面体的Q0 和Q1的减少。而1094 cm-1左右处的谱峰开始显现，逐渐增强，谱峰也随之移至高波数，并带来右侧峰的展宽，说明了Q2和Q3逐渐增加；而主峰右边的展宽显示可能形成了各种更为复杂的硅氧四面体微结构单元。

Raman 光谱的精细结构反映了微结构单元连接的复杂性，采用二级结构描述有利于在更深层次和更大的空间范围来认识微结构。为此，定义硅氧四面体结构单元描述符号如下：

ni1n2......

Qin(m1h,m2q,m3t.....)

[3]

200400600

1000120014001600

Raman shift/cm-1

800

Fig.1 Raman spectra of binary K2O-xSiO2 glass at room temperature

其中，i为该硅氧四面体的桥氧数，n1,n2.....ni为邻接硅氧四面体的桥氧数，m1,m2,m3分别为该硅氧四面体参与各类环的数目，h，q和t则分别代表六元(hexagon)、四元(quadrangle)和三元(trigon)环。如Q3(3h)表示Q3硅氧四面体与两个Q3和一个Q4相邻接，并且同时参与三个六元环的成环连接。

在按照振动频率－应力指数关系对K2O-xSiO2玻璃光谱进行Lorentzian线型解谱后，得到相应

ijklijkl

精细微结构单元,如图2（略）。可以看出，各微结构单元所处的不同微观环境而形成的不同QnQn

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精细结构单元的分布变化和平衡转化，导致谱峰的展宽和不对称性的增加；同时也说明二级结构有助于Raman光谱的精细解释，为更进一步认识微结构和连通宏观性质开辟了途径。

参考文献:

[1] 王勇强,张招崇,徐培苍等, 硅酸盐熔体结构的研究进展和问题,地球科学进展, 1999, 14(2):168-171.

[2] N.Zotov, M.Marinov, L.Konstantinov, Degree of structural disorder in sodium metasilicate glass:

model for Raman spectra, J. Non-Crystal. Solids, 1996,197:179-186. *

基金项目：国家自然科学基金资助项目(No.50334040)

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/qbx1.html