27Al-Kernquadrupoleffekte in K2O-Al2O3-SiO2-Gläsern. Vergleich mit polykristallinen Systemen und Glasnahstruktur

Abstract

Die 27Al-Kernresonanzspektren wurden in 14 verschieden zusammengesetzten Gläsern des Systems K2O-Al2O3-SiO2 und in 18 kristallinen Verbindungen untersucht. Breite und Struktur der Linien sind durch Wechselwirkungen des Kernquadrupolmoments mit inhomogenen elektrischen Feldern an den Kernorten bestimmt. Diese letzteren entstehen durch Ladungsunsymmetrien in der Nahumgebung der Aluminiumionen und erlauben daher Rückschlüsse auf die Nahstruktur. Die Kurvenformen und die Signalintensitäten können durch Quadrupolwechselwirkungen zweiter Ordnung und einen relativ hohen „Fehlordnungsgrad" der Al-Umgebungen erklärt werden. Mit sinkendem K/Al-Verhältnis wachsen die Unsymmetrie der Nahumgebung und die Unordnung. Die starke Zunahme der Linienbreite bei gleichbleibender Form und der Intensitätsverlust mit abnehmendem Alkaligehalt können nicht durch zwei besonders ausgezeichnete Einbauarten der Al3+ -Ionen erklärt werden. Außer den Grenzstrukturen alkalireicher und alkalifreier Gläser tritt eine Unstetigkeit in der Strukturänderung bei K/Al ≈ 1 auf. Die auffälligen Unterschiede gegenüber der geordneten Nahumgebung von Borionen in Boratgläsern werden diskutiert. Die Ergebnisse an Gläsern überraschen wenig bei Hinzunahme der an kristallinen Verbindungen beobachteten Kernresonanzspektren. Regelmäßige AlO6- oder AlO4-Anordnungen bilden auch hier die Ausnahme. In den meisten Fällen weisen die Spektren auf mehr oder weniger starke Verformungen der Gitterstruktur hin, die systematisch sein können oder auch statistisch. Weder bei glasigen noch bei kristallinen Systemen kann man die Nahumgebung von Aluminium durch Angabe einer Koordinationszahl eindeutig charakterisieren, wie das beispielsweise für Bor möglich ist.