科学家首次揭开玻璃结构的双重特性
虽然玻璃显然不是液体,而是感觉像是固体,但其分子不能完全取代液体的无序状态排列成规则的3D格点。
5个方向都对称的20面体不能形成规则的3D晶体格点
网易探索6月24日讯,据英国《新科学家》杂志报道,虽然玻璃显然不是液体,而是感觉像是固体,但其分子不能完全取代液体的无序状态排列成规则的3D格点。玻璃为何有这样的双重特性一直是一个不解之谜。如今科学家表示他们发现了玻璃是如何具备这种与众不同的特性的。此研究发表在最新出版的《自然-材料为学》杂志上。此研究将有利于开发能最佳结合金属和玻璃特性的新材料。
一支国际小组利用直径仅2微米的塑胶粒子包裹着凝胶,模拟玻璃冷却时的情况。此研究小组成员、英国布里斯托尔大学的帕特里克·罗亚尔表示,这些粒子的行为和玻璃中的分子一样,但比玻璃分子大得多,因此可以在显微镜下清楚地看到。
为了模拟此凝胶中的温度变化,罗亚尔的小组逐渐增加第二种聚合体,最终此凝胶可以像玻璃似的能折叠起来。利用共焦显微镜可以看到此凝胶的3D结构。研究人员发现这些粒子紧紧团结起来,形成了5个方向都对称的20面体。
此几何结构不能打孔,也不能镶嵌形成规则的固体3D格点。这意味着它们不能随意移动,因为它们较原始的粒子更大一些。罗亚尔认为真玻璃的分子具有同样的20面体的结构,使其不能结晶成固体,但也不足以具备像液体那样自由流动的特性。
50年前科学家就假定玻璃特性源于这种20面体的结构,但这是首次在实验室通过实验过程来证实它。“很久以来,没有人真正展示过玻璃的结构,”罗亚尔说,“但我们已经能展示出玻璃结构如何不同于液体。”
由此可以制造20面体的结构构成的金属,当它们冷却时就能形成一种新型的“金属玻璃”材料。它没有金属那样规则的晶体结构,因此,此新材料能弥补金属的缺点,可以应用到耐高压的装备中,如飞机机翼。(尼特)
(本文来源:网易探索 )
http://discover.news.163.com/08/0624/16/4F7ELND9000125LI.html
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