Fast eller flydende? Forskeren foreslår en ny definition af glas

Er glas et fast stof eller en væske? Dette spørgsmål, som er blevet heftigt debatteret af specialister på området i nogle årtier, er netop blevet besvaret på ny:"Glas er en ikke-ligevægt, ikke-krystallinsk stof, der fremtræder fast på en kort tidsskala, men konstant slapper af mod den flydende tilstand. "

En mere detaljeret alternativ definition er denne:"Glas er en ikke-ligevægt, ikke-krystallinsk kondenseret tilstand af stof, der udviser en glasovergang. Brillenes struktur svarer til strukturen i deres forældres overkølede væsker (SCL), og de slapper spontant mod SCL -tilstanden. Deres ultimative skæbne, i grænsen af ​​uendelig tid, er at krystallisere. "

"Der er flere definitioner af glas, men de fleste af dem indeholder alvorlige fejl, "sagde Edgar Dutra Zanotto, en af ​​forfatterne til den nye definition. "Mange definitioner siger, at et glas er et solidt, og andre siger, at det er et isotropisk materiale [hvis egenskaber er de samme i alle retninger], men mange glas er ikke. "

Sammen med John C. Mauro, Professor i materialevidenskab og teknik ved Penn State University i USA, Zanotto offentliggjorde en artikel, hvor han argumenterer "[glas] struktur er meget forskellig fra faststoffer. Glas slapper af kontinuerligt og krystalliserer." Artiklen blev offentliggjort i Journal of Non-Crystalline Solids .

Forskeren peger på, at snesevis af artikler allerede har placeret glas uden for kategorien faste stoffer på grund af tre egenskaber. En af dem er, at strukturen af ​​glas minder meget om den af ​​de væsker, som det er dannet af. En anden er, at glas flyder (deformeres) spontant over tid som reaktion på minimalt tryk, som kan være mindre end tyngdekraftens virkning. Krystallinske faste stoffer deformeres kun som reaktion på ydre tryk, der er omvendt proportional med temperaturen. Jo lavere temperatur, jo større tryk der skal påføres et krystallinsk fast stof for at deformere det, Zanotto forklarede.

"På den anden side, ethvert positivt tryk eller stress forskelligt fra nul er tilstrækkeligt til, at et glas kan flyde ved enhver temperatur, " sagde han. "Den tid det tager at deformere afhænger hovedsageligt af temperatur og kemisk sammensætning. Hvis den temperatur, hvortil glas indsendes, er tæt på nul Kelvin [absolut nul], det vil tage uendelig lang tid at deformere, men hvis det er opvarmet, det vil straks begynde at flyde."

Den tredje egenskab, der adskiller glas fra et fast stof, er, at ved slutningen af ​​dets eksistens, det krystalliserer til sidst, hvorimod en krystal, for eksempel, hverken flyder eller krystalliserer, fordi det allerede er i en fast tilstand. Baseret på disse tre egenskaber, Zanotto og Mauro foreslår at definere glas som en "frossen væske" - et materiale med strukturen af ​​en væske, der er blevet frosset uden at krystallisere ved at blive afkølet til en bestemt temperatur, kendt som glasovergangstemperaturen.

"Det tog os lang tid at samle disse begreber fast og flydende, krystal og ikke-krystal, og frosset, som i artiklen har betydningen af ​​en midlertidig tilstand, og for at nå frem til den moderne forbedrede definition af glas, "Sagde Zanotto.

Opvarmet debat

Initiativet til at foreslå en ny definition af glas opstod, da Zanotto holdt Turner Memorial Lecture, med titlen "Glassmyter og vidundere, " under Society of Glass Technology (SGT) Centenary Conference på University of Sheffield i Storbritannien i september 2016. Zanotto er den første brasilianer, der er blevet inviteret til at holde foredraget.

Afholdt på universitetet siden 1966, Turner Memorial Lecture er blevet leveret af sådanne belysningsarmaturer som Sir Harry Kroto (1939-2016), hvem vandt Nobelprisen i kemi i 1996 for opdagelsen af ​​fullerener (allotroper af kulstof også kendt som carbon nanorør); Sir Alastair Pilkington (1920-95), hvem opfandt float-processen, der blev brugt over hele verden til at lave glasplader; og Larry L. Hench (1938-2015), opfinderen af ​​bioglas.

Et af de spørgsmål, som Zanotto rejste under foredraget, var netop, om glas er et fast stof eller en væske. Spørgsmålet resulterede i en heftig debat med flere videnskabsmænd blandt publikum, og især Arun Varshneya, Emeritus professor i glasvidenskab og teknik ved Alfred University i USA, en kendt "glasguru" og forfatter til en af ​​de mest læste bøger om glas i verden.

Efter diskussionen, Zanotto begyndte at udveksle e -mails med Varshneya og skrive, hvad der ville blive til Journal for ikke-krystallinske faste stoffer artikel, med det formål at modbevise ideen om, at glas er et fast stof, som foreslået af den indisk-fødte amerikanske videnskabsmand.