Conference report
15th University Conference on Glass Science Structure, Properties and Applications of Phosphate-Containing Glasses
The University Conference on Glass Science series was first organized in 1969 at the University of Missouri-Rolla, USA, by Norbert Kreidl, a well-known scientist in the field of glass science. Since then, Conferences have been held every two years at different universities in the USA and Europe. The aim of these conferences is to promote exchange of information by inviting experts to discuss different, specific areas of glass science and technology. This year Rolla again hosted the conference, held from June 20 to 23, 1999. The conference topic was Structure, Properties and Applications of Phosphate-Containing Glasses and the conference was organized by Dr. Richard K. Brow, Dr. Delbert E. Day (University of Missouri-Rolla), and Dr. Steve W. Martin (Iowa State University).
Approximately 80 researchers and students from a variety of countries including Germany, France, Japan, China, Liechtenstein, the United States, and Brazil attended this Conference. The Conference was organized into three days of oral presentations and one poster session.
Among the themes presented at the Conference, emphasis was placed on structural characterization methods, including those based on X-ray and neutron diffraction. Dr. U. Hoppe (Rostock University, Germany) presented a review of the studies of ultraphosphate and metaphosphate glasses. The characteristics of the medium-range order and the effects of the size and valence of the modifying ion on the P O bond lengths were described. Modeling by Reverse Monte Carlo simulations aids the interpretation of the diffraction results.
Dr. Brian Sales (ORNL, USA) described applications of High Performance Liquid Chromatography (HPLC) to study phosphate glass structures. This technique provides quantitative information about the type and distribution of phosphate tetrahedral chains and rings that are between 10 and 100 Å in size. These phosphate anions are responsible for the intermediate range structure of amorphous solids. Several examples were given to demonstrate the sensitivity and potential of the HPLC technique.
Dr. B. Raveau (Laboratoire CRISMAT ISMRA, France) described the structures of various crystalline transition metal phosphates and their relationships with octahedral structures, including the tungsten-oxygen perovskite bronzes. Dr. R. Marchand (Université de Rennes, France) reported investigations of chemically durable nitrided phosphate glasses. Durability is related to the nitrogen/oxygen substitution within PO4 tetrahedra. Experimental data related to the addition of alumina to these glasses were also reported.
Dr. Paul Ducheyne (University of Pennsylvania, USA) presented a review of bioactive glasses. In his talk he emphasized the use of phosphate based ceramic materials and glasses containing calcium to stimulate bone growth. Some practical examples were given, especially in orthopedic patients and in tissues engineering. Methods to regenerate tissues are only in their infancy, but bioactive glass can lead to inventive treatments for orthopedic patients.
Various speakers described the use of Nuclear Magnetic Resonance (NMR) techniques to study glass structures. Dr. C. Jäger (FSU Jena, Germany) described novel two-dimensional NMR techniques that provide a precise analysis of the Qn unit connectivities in phosphate glass structures. After a brief introduction of Double Quantum NMR and the way this technique is used to measured the Qn connectivity, estimations of chain length statistics and a comparison of those connectivities with results from Molecular Dynamic simulations were presented. As an example, the local order of a calcium metaphosphate glass could be determined by the two-dimensional MAS NMR techniques and the first quantitative estimations of the orientation distribution were also presented.
Recent advances in Nd-doped phosphate glasses for Mega Joule laser-driven fusion applications were reviewed by Dr T.I. Suratwala (Lawrence Livermore National Lab., USA) and by Dr. J. S. Hayden (Schott Glass Technologies, USA). Laser systems under construction will require about 3500 to 4500 plates of high-quality phosphate laser glass. Each glass plate is 80 x 45 x 4 cm3. Understanding the spectroscopic, optical, physical-chemical and thermal-mechanical properties of these glasses led to the development of glasses with specific performance characteristics. Continuous melting and forming processes to manufacture Nd-doped phosphate laser glasses were also described as methods to lead to sizes twice as large as anything previously manufactured and in quantities and production rates (1000 plates/year) ten times greater than can be achieved with previous melting methods (300 plates/year). High-peak-power (1800 KJ) lasers with a wavelength of 0.35 mm will be built using these glasses.
Dr. D. Ehrt (Friedrich Schiller Univ., Otto-Schott-Institut, Germany) presented experimental data for phosphate and fluorophosphate glasses prepared under various redox conditions. Significant differences could be detected between these glasses. Fluorophosphate glasses (with low phosphate contents) are more stable against UV radiation. The rate of photoionization depends on the phosphate content.
Dr. D. L. Veasey (NIST, USA) presented experimental and theoretical results for waveguide lasers made of rare-earth-doped phosphate glasses. A dramatic improvement over previously reported waveguide lasers results from an ion exchange process for a commercially available Yb/Er-co-doped phosphate glass.
Mechanical relaxation processes studied by dynamic mechanical and oscillatory shear measurements, for a series of mixed alkali metaphosphate glasses and melts were described by Dr. P.F. Green (The University of Texas, Austin, USA). The same systems were analyzed by D.L. Sidebottom (U. New Mexico, USA) using Brillouin scattering spectroscopy.
Dr. Steve W. Martin (Iowa State University, USA) presented an extensive review of fast ionic conduction in phosphate glasses. Recent theories of ionic conduction in glass were reviewed in the light of wide composition range studies made possible by phosphate-based glasses. As an example, chalcogenide phosphate glasses based upon P2S5 as the glass former were shown to possess very high room temperature conductivity values.
In summary, the 15th University Conference on Glass Science brought together the world's experts on phosphate glasses in a pleasant and harmonious environment that stimulated the sharing of scientific and technological information. The Conference was organized in a way to promote such exchanges among its participants, from breakfast until dinnertime. The Conference Proceedings will be published by the Journal of Non-Crystalline Solids in early 2000.
Dr. J. R. Martinelli (IPEN, S. Paulo, Brasil) e R. K. Brow (U. Missouri-Rolla, EEUU).
Relatório de Conferência
15th University Conference on Glass Science Structure, Properties and Applications of Phosphate-Containing Glasses
A série "University Conference on Glass Science" teve início em 1969 na University of Missouri-Rolla, Estados Unidos, incentivada por Norbert Kreidl, conhecido pesquisador da área de vidros. A partir de então, as conferências tem sido realizada a cada dois anos em diferentes universidades dos Estados Unidos e Europa. O objetivo dessas conferências é agregar especialistas para tratar de tópicos técnico - científicos específicos da área de vidros. A cidade de Rolla localizada no Estado de Missouri, Estados Unidos, foi novamente escolhida para o acontecimento desta conferência realizada de 20 a 23 de Junho de 1999. O tema escolhido foi Estrutura, Propriedades e Aplicações de Vidros à base de Fosfato. Os organizadores desta conferência foram: Dr. Richard K. Brow e Dr. Delbert E. Day (University of Missouri-Rolla) e Dr. Steve W. Martin (Iowa State University).
A conferência contou com cerca de 80 participantes, representando diversos países, incluindo Alemanha, França, Suécia, Japão, China, Rússia, Liechtenstein e Brasil. A Conferência foi organizada em três seções orais e uma seção de posteres.
Destacamos entre os temas abrangidos na Conferência, o uso de métodos para a caracterização estrutural, incluindo difratometria de raios X e neutrônica. Uma revisão dos estudos realizados em vidros ultrafosfatos e metafosfatos foi realizada pelo Dr. U. Hoppe (Rostock University, Alemanha). As características da ordenação intermediária e dos efeitos do tamanho e da valência dos íons modificadores nos comprimentos das ligações P- O foram analisadas. Modelagens utilizando simulações com o método Reverso de Monte Carlo auxiliou na interpretação dos resultados obtidos através da difratometria.
A palestra proferida pelo Dr. Brian Sales (ORNL, Estados Unidos) abrangeu as aplicações da técnica de Cromatografia Líquida de Alta Resolução para o estudo dos vidros fosfatados. Esta técnica permite a obtenção de informações quantitativas sobre o tipo e a distribuição das cadeias e anéis tetraédricos de fosfatos com dimensões entre 10 e 100 A. Vários exemplos foram dados para ilustrar a sensibilidade e potencial desta técnica.
O Dr. B. Raveau (Laboratoire CRISMAT ISMRA, França) descreveu as estruturas de vários compostos a base de fosfatos contendo metais de transição correlacionando-as com as estruturas octaédricas, incluindo bronze do tipo perovskitas de oxigênio e tungstênio. O Dr. R. Marchand (Université de Rennes, France) apresentou resultados relacionados à durabilidade química de vidros fosfatados nitretados relacionada à substituição de átomos de oxigênio por nitrogênio nos tetratedros PO4.
Na área de vidros bioativos, o Dr. Paul Ducheyne (University of Pennsylvania, Estados Unidos), apresentou uma revisão enfatizando o uso de materiais cerâmicos e vidros a base de fosfato contendo cálcio para estimulação do crescimento de ossos. Foram apresentados alguns exemplos práticos especialmente em casos ortopédicos e engenharia de tecidos. Métodos para a regeneração de tecidos nos procedimentos ortopédicos estão ainda na fase inicial de desenvolvimento, mas os biovidros podem ser utilizados em tratamentos ortopédicos criativos.
Vários pesquisadores trataram do uso da técnica de Ressonância Magnética Nuclear (acrônimo em inglês NMR) aplicada ao estudo das estruturas dos vidros . A palestra do Dr. C. Jäger (FSU Jena, PAF, Alemanha), abordou o desenvolvimento de técnicas bidimensionais NMR utilizadas para a uma análise precisa da conectividade das unidades Qn nas estruturas vítreas fosfatadas Após uma breve introdução da técnica Double Quantum NMR e da maneira com que esta técnica é utilizada para medir a conectividade de Qn, estimativas da estatística dos comprimentos das cadeias e uma comparação mais detalhada das conectividades com resultados das simulações da Dinâmica Molecular foram apresentadas. Como exemplo, a estrutura local de um vidro metafosfato de cálcio pode ser determinada pela técnica MAS NMR bidimensional e as primeiras estimativas quantitativas da distribuição da orientação foram também apresentadas.
Recentes avanços na aplicação de vidros a base de fosfatos contendo Nd usados em lasers com potência na ordem de Mega- Joule no processo de fusão nuclear foi apresentado na palestra proferida pelo Dr. T.I. Suratwala (Lawrence Livermore National Lab., Estados Unidos). Os sistemas lasers em construção necessitam de cerca de 3500 a 4500 placas de vidros a base de fosfato de alta qualidade, com dimensões aproximadas de 80 x 45 x 4 cm3 cada uma. O conhecimento das propriedades espectroscópicas, ópticas, físico-químicas e termomecânicas desses vidros permitiu o desenvolvimento de vidros com características específicas. Os processos de fusão e conformação contínua foram descritos e possibilitam a fabricação de placas de vidros fosfatos dopados com Nd com dimensões duas vezes maiores em relação aos vidros atualmente fabricados e quantidades e taxas de produção (1000 placas/ano) dez vezes maiores em relação às obtidas pelos métodos de fusão anteriormente adotados (300 placas/ano). Lasers com potência de 1800 KJ, e comprimento de onda de 0,35 mm serão construídos a partir desses vidros.
O Dr. D. Ehrt (Friedrich Schiller Univ., Otto-Schott-Institut, Alemanha) apresentou em sua palestra resultados experimentais obtidos a partir de vidros fosfatados e fluoretos preparados sob diferentes condições oxi-redutoras. Diferenças significativas foram observadas entre estes vidros. Vidros fluorados com baixas concentrações de fosfatos apresentaram maior estabilidade em relação à radiação UV. A taxa de fotoionização depende da concentração de fosfato.
O Dr. D. L. Veasey (NIST, Estados Unidos) apresentou resultados teóricos e experimentais sobre os novos guia de ondas de lasers que utilizam vidros fosfatados dopados com elementos de terras raras. Obteve-se uma melhora acentuada quando vidros fosfatados co-dopados com Yb/Er comercialmente disponíveis foram submetidos ao processo de troca iônica.
Estudos que envolveram os processos de relaxação mecânica e medidas de cisalhamento oscilatório em vários vidros metafosfatos contendo elementos alcalinos foram apresentados por P.F. Green (The University of Texas, Austin, Estados Unidos). Os mesmos sistemas foram analisados por D.L. Sidebottom (U. New Mexico, Estados Unidos), que utilizou a técnica de espectroscopia de espalhamento de Brillouin.
Uma ampla revisão das propriedades elétricas dos vidros fosfatos superiônicos foi apresentada pelo Dr. Steve W. Martin (Iowa State University, Estados Unidos) abrangendo teorias recentes sobre a condução iônica em vidros. Estabeleceu-se também uma correlação entre as propriedades elétricas e a variação das composições que os vidros a base de fosfato permitem. Mencionou-se como exemplo os vidros calcogenetos baseados em P2S5 que apresentam valores de condutividade elétrica relativamente altos à temperatura ambiente.
Em resumo, a 15th University Conference on Glass Science reuniu especialistas internacionais da área de vidros a base de fosfatos em um ambiente agradável e harmonioso, motivando a troca de informações técnico - científicas. A conferência foi organizada de forma a promover o contato entre os participantes desde o café da manhã até o jantar. Os trabalhos apresentados serão publicados no periódico Journal of Non-Crystalline Solids no início do ano 2000.
Dr. J. R. Martinelli (IPEN, S. Paulo, Brasil) e R. K. Brow (U. Missouri-Rolla, EEUU).
Publication Dates
-
Publication in this collection
31 Mar 2000 -
Date of issue
May 1999
