高MgO含量CaO-MgO-Al2O3-SiO2玻璃中Mg/Al比例对结构与性能的调控机制研究

研究人员针对高MgO含量(23-29 wt.%)的CaO-MgO-Al2O3-SiO2(CMAS)玻璃体系，通过差示扫描量热法(DSC)、红外光谱(IR)和27Al魔角旋转核磁共振(27Al MAS NMR)系统探究了Mg/Al比例(1.81-1.05)对玻璃网络结构的影响。发现降低Mg/Al比可提升[AlO4]含量和网络聚合度，使材料获得110.3 GPa弹性模量、5.73介电常数和0.96×10?3介电损耗(1 MHz)的优异性能，为功能玻璃设计提供理论依据。

　　

这项研究揭示了高氧化镁(MgO)含量的钙镁铝硅(CMAS)玻璃体系中镁铝比例(Mg/Al)的奥秘。当MgO含量高达23-29%时，过量的镁离子会释放"自由氧"小精灵，这些活泼的小家伙能改变铝离子(Al³⁺)的配位舞步——让它们在四配位[AlO₄]和五配位[AlO₅]两种舞姿间切换。通过差示扫描量热仪(DSC)的温度探针、红外光谱(IR)的分子指纹识别以及²⁷Al魔角旋转核磁共振(²⁷Al MAS NMR)的原子级望远镜，研究人员发现当Mg/Al质量比从1.81降至1.05时，[AlO₄]舞蹈团的比例持续升高，使得玻璃网络结构的"编织密度"显著提升。这种微观变化带来了令人惊喜的宏观效果：材料的耐热性增强、粘度活化能提高，同时弹性模量(110.3 GPa)和介电性能(5.73介电常数配合0.96×10^?3的超低介电损耗)达到完美平衡，犹如为电子器件量身定制的透明铠甲。