Kategorie FizykaNauka

Naukowcy odkryli nowy stan skupienia. Płynne szkło może zmienić oblicze badań nad materiałami

Szkło to nieco ekscentryczny materiał. Choć jest solidne, nie organizuje się w ładną strukturę krystaliczną, jak inne ciała stałe.


Płynne szkło

Cząsteczki szkła zamarzają zanim zdążą się zorganizować w kryształ. Naukowcy próbujący zrozumieć ten materiał natrafili na nowy stan skupienia materii – płynne szkło. Badanie opublikowano w Proceedings of the National Academy of Sciences.

Płynne szkło zostało stworzone z cząsteczek, które mogły płynąć, ale nie mogły się obracać. Punktem wyjścia do badań było zastosowanie koloidów, czyli mieszanin dużych cząstek rozproszonych w innej substancji (żele, emulsje).

Naukowcy odkryli nowy stan skupienia. Płynne szkło może zmienić oblicze badań nad materiałami
pinterest

Koloidy doświadczają wielu zjawisk, które zachodzą w szklistym materiale, więc są doskonałym wskaźnikiem zastępczym do badania przemiany. Zespół odpowiedzialny za badanie postanowił inaczej podejść do tematu.


W koloidzie użyto eliptycznych cząstek zamiast kulistych. Zmieniając stężenie w mieszaninach odkryto niezwykłe zachowanie ciekłego szkła. To, co naukowcy zobaczyli w tej konkretnej substancji, to dwa konkurujące ze sobą przejścia szkliste.

Jednym z nich była regularna przemiana fazowa, która jest odwracalna. Drugie było nierównowagowe i nieodwracalne. To osobliwe połączenie może wyjaśnić szczególne właściwości szkła, które nie do końca są zrozumiałe.

Naukowcy odkryli nowy stan skupienia. Płynne szkło może zmienić oblicze badań nad materiałami

Ze względu na swoje odmienne kształty nasze cząstki mają orientację – w przeciwieństwie do cząstek kulistych – co prowadzi do zupełnie nowych i wcześniej niezbadanych rodzajów złożonych zachowań. Przy pewnych gęstościach cząstek ruch orientacyjny zamarł, podczas gdy ruch postępowy utrzymywał się, co skutkowało stanami szklistymi, w których cząstki skupiały się, tworząc lokalne struktury o podobnej orientacji. – powiedział Andreas Zumbusch z Uniwersytetu w Konstancji

Rozwój dziedziny

Naukowcy zauważają, że zjawisko jest niezwykle interesujące z teoretycznego punktu widzenia. Badania nad ciekłym szkłem trwają od ponad 20 lat. Przede wszystkim należy zrozumieć, że szkło to nie tylko materiał, z którego zrobione są nasze okna.

Wiele innych materiałów zachowuje się, jak szkło – niektóre substancje organiczne, jak białka i komórki biologiczne, a także tworzywa sztuczne i metale. Wyniki eksperymentów będą miały ogromny wpływ na dalsze badania materiałów.

Nasze eksperymenty dostarczają pewnego rodzaju dowodów na współzależność między krytycznymi fluktuacjami a szklistym zatrzymaniem, o które od dawna zabiegała społeczność naukowa. – podsumował Matthias Fuchs


Fotografie: pinterest (miniatura wpisu), www.pnas.org, www.uni-konstanz.de