Ett team av forskare från Institute of Industrial Science vid University of Tokyo använde avancerad elektronspektroskopi och datorsimuleringar för att bättre förstå den inre atomstrukturen hos aluminiumsilikatglas. De hittade komplexa koordinationsnätverk mellan aluminiumatomer inom fasseparerade regioner. Detta arbete kan öppna möjligheten för förbättrade glasögon för smarta enheters pekskärmar.

Eftersom efterfrågan på smartphones, tabletter, och solpaneler ökar, så kommer också behovet av mer hög kvalitet, tuff, genomskinligt glas. Ett av kandidatmaterialen för dessa applikationer kallas aluminosilikatglas, som är gjord av aluminium, kisel, och syre. Som med alla amorfa material, glaset bildar inte ett enkelt galler utan existerar mer som en oordnad "frusen vätska". Dock, Det kan fortfarande bildas intrikata strukturer mellan som ännu inte har analyserats av forskare.

Nu, ett team av forskare vid University of Tokyo har använt finstrukturspektroskopi med elektronenergiförlust med ett scanningstransmissionselektronmikroskop för att avslöja det lokala arrangemanget av atomer i ett glas tillverkat av 50 % aluminiumoxid (Al2O) ₃ ) och 50 % kiseldioxid (SiO ₂ ). "Vi valde att studera det här systemet eftersom det är känt att fassepareras i aluminiumrika och kiselrika regioner", säger första författaren Kun-Yen Liao. Vid avbildning med ett elektronmikroskop, vissa emitterade elektroner genomgår oelastisk spridning, vilket gör att de förlorar en del av sin ursprungliga kinetiska energi.

Mängden energi som försvinner varierar beroende på platsen och typen av atom eller kluster av atomer i glasprovet den träffade. Elektronförlustspektroskopi är tillräckligt känslig för att se skillnaden mellan aluminium koordinerat i tetraedriska i motsats till oktaedriska kluster. Genom att anpassa profilen för elektronenergiförlustens finstrukturspektra pixel för pixel, mängden av de olika aluminiumstrukturerna bestämdes med nanometerprecision. Teamet använde också datorsimuleringar för att tolka data.

"Aluminatsilikatglas kan tillverkas för att motstå höga temperaturer och tryckspänningar. Detta gör dem användbara för ett brett spektrum av industriella och konsumenttillämpningar, som pekskärmar, säkerhetsglas, och solceller, ", säger seniorförfattaren Teruyasu Mizoguchi. Eftersom aluminosilikat också förekommer naturligt, denna teknik kan också användas för geologisk forskning. Verket publiceras i The Journal of Physical Chemistry Letters som "Avslöjar rumslig distribution av Al-koordinerade arter i ett fasseparerat aluminiumsilikatglas av STEM-EELS".