Тающие стаканы: Стекло

Особенность от 24 марта 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

рецензируемое издание

надежный источник

корректура

Тамараси Джевандара, Phys.org

Процесс перехода жидкость-стекло представляет собой сложную процедуру в науке, как и переход стекло-жидкость, известный как плавление стекла. В новом отчете, опубликованном в журнале Science Advances, Ци Чжан и исследовательская группа по физике из Гонконгского университета науки и технологий в Китае собрали коллоидные стекла методом осаждения из паровой фазы и расплавили их, чтобы наблюдать динамику стеклования.

Структурные и динамические параметры, насыщенные на разных глубинах, определяют поверхностный слой жидкости и стекловидный промежуточный слой. Ученые наблюдали одночастичную кинетику с различными особенностями, чтобы подтвердить теоретические предсказания плавления поверхностного слоя стекла.

Процесс варки стекла не является, как предполагалось, обратным процессом стеклообразующего перехода из жидкости в стекло. Механизм плавления стекла находится на предварительной стадии разработки, в отличие от интенсивно изучаемого механизма стеклообразовательных переходов. Ультрастабильные стекла продемонстрировали гетерогенное поверхностное плавление по механизму предварительного плавления поверхности с целью предотвращения плавления изнутри.

Ученые-полимерщики изучали атомные и молекулярные ультрастабильные стекла и описали коллоиды как выдающиеся модельные системы для изучения поведения плавления стекла из-за частиц микронного масштаба и тепловых движений, которые можно наблюдать с помощью оптической микроскопии. Коллоиды предоставляют важную микроскопическую информацию о объемных стеклах, включая понимание процесса плавления объемного стекла, вызванного сдвигом.

Исследователям еще предстоит изучить термически индуцированное объемное или поверхностное плавление на уровне отдельных частиц, поскольку для этого требуются коллоиды с настраиваемым притяжением. В этой работе Чжан и его коллеги использовали привлекательные коллоиды для измерения микроскопической кинетики в различных температурных диапазонах, для изучения медленных и быстрых изменений температуры для однослойных и многослойных образцов, а также для понимания траекторий их предварительного плавления и плавления.

Во время экспериментов Чжан и его команда включили смесь полимерных сфер в соотношении 50:50 для предотвращения кристаллизации и добавили краситель, чтобы вызвать притяжение между сферами из полиметилметакрилата. Они закачали краситель в ненагретую область с помощью термофореза, чтобы уменьшить силу притяжения и линейно увеличить эффективную температуру.

В результате были получены однослойные и многослойные коллоиды. Команда собрала коллоидные стекла методом осаждения из паровой фазы, чтобы сформировать ультрастабильные молекулярные стекла. Они заметили частицы с помощью оптической микроскопии и отследили броуновские движения частиц с помощью анализа изображений.

Ученые отметили полный переход к объемному плавлению при температуре 25,3 градуса Цельсия. В процессе предварительного плавления кристаллов исследователи теоретически предсказали степенной рост толщины поверхностной жидкости и наблюдали результаты экспериментально и с помощью моделирования. Команда количественно оценила взаимосвязь между локальной структурой и динамикой: область с низкой плотностью вблизи поверхности демонстрировала переходное поведение хрупкого стекла, связанное с модами, а область с высокой плотностью вблизи объема демонстрировала аррениусовское поведение прочного стекла.

Этот переход от хрупкого к прочному при понижении температуры также наблюдался в воде, металлических стеклах и органических/неорганических стеклах. Настоящее исследование сосредоточено на структурно-динамической корреляции объемного стекла и переохлажденной жидкости, обеспечивающей связь вблизи поверхности.