Tuning the Poisson's Ratio of Glasses with High-Pressure Treatment.
Author
Damgaard, Jens Rasmus Knudsen
Term
4. Term
Education
Publication year
2019
Abstract
This thesis investigates how the Poisson’s ratio of oxide glasses can be tuned by increasing atomic packing density through high-pressure treatment and compositional changes. The motivation is that glass brittleness limits applications, while Poisson’s ratio is an easily measured proxy correlated with the brittle-to-ductile transition around ν ≈ 0.31–0.32. The study combines experimental work with molecular dynamics simulations (LAMMPS), first validated against literature structural metrics (radial distribution functions and coordination numbers) to ensure realistic structure models. It then evaluates the relationships among pressure, structure (including coordination changes), density, elastic moduli, and Poisson’s ratio for two CaO–ZrO2–SiO2 glasses (45Ca50Si and 50Ca45Si). Zirconia is introduced to influence packing, while calcium reduces network connectivity via non-bridging oxygens, which is expected to raise Poisson’s ratio. The work also compares simulated and measured densities and elastic properties and discusses how the bulk-to-shear modulus ratio governs pressure sensitivity. Specific numerical outcomes are not provided in this excerpt, but the thesis presents pressure-dependent trends for structure, density, elastic moduli, and Poisson’s ratio, along with agreement between simulation and experiment where available.
Dette speciale undersøger, hvordan Poisson-forholdet i oxidglas kan justeres ved at øge den atomare pakningsgrad gennem højtrykbehandling og kompositionsændringer. Motivationens baggrund er, at sprødhed begrænser brugen af glas, mens Poisson-forholdet er et let målbart mål, der korrelerer med overgangen fra sprød til duktil opførsel omkring ν ≈ 0,31–0,32. Projektet kombinerer eksperimentelt arbejde med molekylære dynamik-simuleringer (LAMMPS), der først valideres mod litteraturens strukturelle mål (radial fordelingsfunktion og koordinationsnummer) for at sikre realistiske strukturmodeller. Herefter vurderes sammenhængen mellem tryk, struktur (bl.a. koordinationsændringer), tæthed, elastiske moduli og Poisson-forhold for to CaO–ZrO2–SiO2-glas (45Ca50Si og 50Ca45Si). Zr introduceres for at påvirke pakningsgraden, mens Ca reducerer netværkets konnektivitet via ikke-brobyggende oxygen, hvilket forventes at øge Poisson-forholdet. Arbejdet omfatter også en sammenligning mellem simulerede og målte tætheder og elastiske egenskaber samt en diskussion af, hvordan bulk-til-shear-forholdet påvirker trykfølsomheden. Specifikke resultater og talværdier er ikke inkluderet i dette uddrag, men i afhandlingen præsenteres trykafhængige trends for struktur, tæthed, elastiske moduli og Poisson-forhold samt konsistens mellem simulation og eksperiment, hvor det er muligt.
[This apstract has been generated with the help of AI directly from the project full text]