Naturen af ​​glasdannende væsker afklaret

Glas er så almindeligt et materiale, at du nok ikke tænker så meget over det. Det kan overraske dig at høre, at forskere i dag stadig ikke forstår, hvordan glas dannes. At finde ud af dette er vigtigt for glasindustrien og mange andre overraskende anvendelser af briller.

Et centralt puslespil i glasfysik er, hvorfor en glasdannende væske bliver så tyktflydende, før den danner et glas. Hvorvidt denne usædvanligt langsomme bevægelse i en væske hovedsageligt kan tilskrives ændringer i den rumlige struktur er stadig ukendt. En fysisk model, der gengiver, hvordan glas dannes, ville hjælpe med at løse denne debat.

I en undersøgelse offentliggjort i Fysisk gennemgangsbreve , forskere fra University of Tokyo har afsløret en strukturel oprindelse af langsom glasagtig dynamik. Deres forskning var rettet mod at forstå, hvordan en væske bliver mere tyktflydende ved afkøling og kan danne et glas. Forskerne fandt sammenhængen mellem strukturen og bevægelsen af ​​partikler i simulerede glasdannende væsker på niveau med individuelle partikler og større partikelsamlinger.

"Vi brugte begrebet gensidig information til at forstå sammenhængen mellem lokal partikelarrangement og dynamik i glasdannende væsker, " forklarer hovedforfatter af undersøgelsen Hua Tong, som nu er assisterende professor ved Shanghai Jiao Tong University. "Vores resultater tyder på, at rumlig struktur styrer den unikke samarbejdspartikelbevægelse, der ses i glasdannende væsker."

Forskerne baserede deres simuleringer på en strukturel ordensparameter, der kvantificerer, hvor tæt partiklerne kan pakkes sammen. Simuleringerne fokuserede på partikelbevægelser, der kan tilskrives partiklernes oprindelige tilstand, dvs. på den rumlige struktur. Med begrebet gensidig information, simuleringerne viste, at partikler strukturelt organiserer sig i samlinger, der bevæger sig langsommere end resten af ​​partiklerne, set i et rigtigt glas.

"Vi fandt ingen klar sammenhæng mellem potentiel energi på partikelniveau og afslapningstid, " siger Hajime Tanaka, senior forfatter. "Dette tyder på, at langsom glasagtig dynamik er fundamentalt styret af strukturel orden dannet af interpartikelinteraktioner, inklusive både de frastødende og attraktive dele."

Denne væske-til-glas forskning har mange anvendelser, herunder vinduesglas, optiske fibre og forbedrede smarte touchskærme. Ultrahøj viskositet af et glasdannende materiale er meget nyttigt til at deformere det til vilkårlig form. Ved at forstå, hvad der styrer viskositeten af ​​glasdannende væsker, formbearbejdeligheden kan være meget forbedret.