物理科技生物学-PHYICA

像水晶一样稳定的玻璃:均匀导致稳定

物理学 2022-09-16 23:59:22

东京大学 学分:东京大学 东京大学工业科学研究所的科学家使用计算机模拟来研究老化机制,这种老化机制会导致无定形的玻璃材料变成晶体

他们发现,消除局部密度的微小不规则有助于防止引发有序结构形成的原子“雪崩”

这项工作可能会导致更稳定的玻璃材料,包括医药应用

玻璃是非常不寻常的固体,因为它们缺乏有序的晶体结构

事实上,它们更像是“冷冻液体”,因为原子会卡在非平衡位置

随着时间的推移,一些玻璃经历了老化过程或失透,在失透过程中,无定形结构沉淀成更规则的结构

在大多数情况下,失透是不希望的,因为它会使以前透明的材料变得不透明

除了美观方面的考虑之外,缺乏稳定性还会对玻璃板、药品或光学介质造成损坏

然而,引发老化或失透的物理机制仍知之甚少

由东京大学工业科学研究所领导的研究小组使用计算机模拟来研究失透过程

研究小组采用了一种新的方法来代替热退火,从“传统玻璃”开始,逐步消除密度的不均匀性,直到形成“均匀玻璃”

这种新状态显示出前所未有的抗失透稳定性

主要作者博士

Taiki Yanagishima说,“这种均匀的玻璃态表明,玻璃态的稳定性与其机械均匀性之间有明显的联系

" 与其他形式的晶体生长一样,当一种叫做原子核的微小“种子”晶体招募邻近的原子以相同的模式排列时,反玻璃化就开始了

但与液体不同,玻璃中的“种子”只有在被称为“雪崩”的原子大幅度间歇协调运动摇动时才会生长

“在之前的工作中,研究人员表明,这些突发事件对应于横跨整个样本的承载网络的不稳定,并假设它们是原子可能自我重排的唯一机制

使玻璃更加均匀可以防止这种松弛和失透,即使存在晶核也是如此

资深作者田中教授说:“当雪崩被阻止时,通常会长成晶体的原子核反而会冻结在它们的玻璃态。”

这导致了这样的可能性,即通过使样品上承载原子的相邻体的数量更加均匀,可以形成超稳定的玻璃

这种“机械均化”可能会为更坚固、更稳定的玻璃开辟道路

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