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科学家揭示玻璃非固体之谜(转帖)
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科学家揭示玻璃非固体之谜 玻璃表面看上去是固体，实际上并不是。50多年来，科学家一直在尝试弄清玻璃的本质。近日，英国、澳大利亚及日本的科学家联合研究发现，玻璃无法成为固体的原因在于玻璃冷却时所形成的特殊的原子结构。相关论文6月22日在线发表于《自然—材料学》（Nature Materials）上。 主要研究人员、英国布里斯托尔大学的Paddy Royall说：“一些材料在冷却时会形成结晶，其原子会以高度规则的模式进行排列，称为“晶格”（lattice）。不过玻璃在冷却时，原子拥堵在一起，几乎随机排列，妨碍了规则晶格的形成。” 在实验中，为了观察微观原子的真实运动情况，研究人员利用较大的胶体微粒模拟原子，并用高倍显微镜进行观察。结果发现，这些粒子形成的凝胶因为构成了二十面体结构而无法形成结晶——这与20世纪50年代布里斯托尔大学的Charles Frank作出的预测相一致。这种结构解释了为什么玻璃是“玻璃”而不是液体或固体。 此次研究对于理解亚稳态材料来说是个重大的突破，它将使进一步开发金属玻璃等新材料成为可能。另外，如果能够通过操作使金属在冷却时形成玻璃一样的内部结构，将有可能大大减少金属缺陷。 （Nature Materials），doi:10.1038/nmat2219，C. Patrick Royall，Hajime Tanaka） [search]玻璃非固体[/search] |
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Article abstract -------------------------------------------------------------------------------- Nature Materials Published online: 22 June 2008 | doi:10.1038/nmat2219 Direct observation of a local structural mechanism for dynamic arrest C. Patrick Royall1,2, Stephen R. Williams3, Takehiro Ohtsuka2 & Hajime Tanaka2 -------------------------------------------------------------------------------- AbstractThe mechanism by which a liquid may become arrested, forming a glass or gel, is a long-standing problem of materials science. In particular, long-lived (energetically) locally favoured structures (LFSs), the geometry of which may prevent the system relaxing to its equilibrium state, have long been thought to play a key role in dynamical arrest. Here, we propose a definition of LFSs which we identify with a novel topological method and directly measure with experiments on a colloidal liquid–gel transition. The population of LFSs is a strong function of (effective) temperature in the ergodic liquid phase, rising sharply approaching dynamical arrest, and indeed forms a percolating network that becomes the 'arms' of the gel. Owing to the LFSs, the gel is unable to reach equilibrium, crystal–gas coexistence. Our results provide direct experimental observation of a link between local structure and dynamical arrest, and open a new perspective on a wide range of metastable materials. |
3楼2008-06-23 23:17:01
5楼2008-06-23 23:23:01
