NMR-Untersuchungen an Na₂O-AI₂O₃-SiO₂-Gläsern mit Hilfe der chemischen Verschiebung von ²⁷AI-Kernen

Abstract

Use of high resolution 27Al nuclear magnetic resonance measurements of the chemical shift allows regular four co-ordinated Al3+ to be identified in Na2O-Al2O3-SiO2 glasses. The fraction of these regular AIO4 tetrahedra was related quantitatively to total aluminium content and its dependence on glass composition investigated. It was found that for small molar Al2O3: Na2O ratios almost all the Al3+ ions were four co-ordinated. For compositions with constant SiO2 content the absolute number of AIO4 tetrahedra at first increases with Al2O3: Na2O molar ratio, up to about Al2O3/Na2O 0,8, as expected but reaches a maximum there. Beyond that a relation was found between the number of regularly four co-ordinated Al3+ ions and the SiO2 : Na2O ratio. Six co-ordinated Al3+ ions cannot be explicitly identified. En employant la haute résolution à l'état solide de la RMN de 27Al on a pu déceler dans le système ternaire Na2O-Al2O3-SiO2, par mesure du déplacement chimique, des ions Al3+ tétracoordinés formant des tétraèdres réguliers. La fraction de ces tétraèdres (AIO4) réguliers sur la teneur totale en aluminium a été étudiée quantitativement en fonction de la composition du verre. En outre, on a trouvé, pour de faibles rapports molaires Al2O3/Na2O presque tous les ions Al3+tétracoordinés. Pour des compositions ayant une teneur constante en SiO2, le nombre de tétraèdres (AIO4), d'après les modèles connus, commence par augmenter avec le rapport molaire croissant Al2O3/Na2O, jusqu'à ce que ce dernier atteigne 0,8 qui représente un maximum. En plus, on a établi une relation entre le nombre d'ions Al3+ tétracoordinés formant des tétraèdres réguliers et le rapport SiO2/Na2O. Des ions Al3+ en coordinence 6 n'ont pas pu explicitement être détectés. Durch Anwendung der 27Al-NMR-Festkörperhochauflösung konnten im ternären Glassystem Na2O-Al2O3-SiO2 über die Messung der chemischen Verschiebung regulär eingebaute, vierfachkoordinierte A3+-Ionen nachgewiesen werden. Der Anteil dieser regulären [AIO4]-Tetraeder wurde bezogen auf den Gesamtaluminiumgehalt quantitativ in Abhängigkeit von der Glaszusammensetzung untersucht. Dabei wurden für kleine molare Al2O3/Na2O-Verhältnisse nahezu alle A3+-Ionen in tetraedrischer Koordination gefunden. Für Zusammensetzungen mit konstantem SiO2-Gehalt nimmt die absolute Zahl von [AIO4]-Tetraedern entsprechend den verbreiteten Modellvorstellungen zunächst mit wachsendem Molverhältnis Al2O3/Na2O zu, bis bereits bei Al2O3/Na2O ≈ 0,8 ein Maximum erreicht wird. Darüber hinaus wurde ein Zusammenhang zwischen der Anzahl regulär vierfachkoordiniert eingebauter Al3+-Ionen und dem SiO2/Na2O-Verhältnis festgesteht. Sechsfachkoordinierte A3+-Io- nen konnten explizit nicht nachgewiesen werden.