發現玻璃的新物質狀態「液體玻璃」,粒子能夠移動但無法旋轉

作者 | 發布日期 2021 年 01 月 14 日 19:30 | 分類 尖端科技 , 材料 Telegram share ! follow us in feedly


玻璃看起來很平凡,實際上是種令人驚訝的神秘材料。科學家最近在玻璃的液態與固態轉變之間發現一種新的物質狀態,稱為液體玻璃,其轉變過程幾乎沒有任何規則可言。

我們都知道水從液體變成固體冰、甚至多數液體轉變成固體的過程都是凝固並結晶,自由流動的原子排列成剛性晶體,然而玻璃卻不是這樣。由於玻璃是由快速熔淬形成的固體,冷卻速度比原子結晶速度要快,因此原子完全沒有足夠時間「組織列隊」,所以會在無序分布狀態下直接凍結;換句話說,固態玻璃並沒有可以預測的結構。

而最近,德國康斯坦茨大學團隊在進行含有橢球形膠體的懸濁液(Suspension)實驗時,又發現了玻璃一種新的物質狀態:單個原子可以移動、但不能旋轉。

康斯坦茨大學化學系教授 Andreas Zumbusch 表示,大多數涉及膠體懸濁液的實驗偏好研究球形膠體,但是自然界粒子大多非球形,因此團隊使用高分子化學方法製造塑膠微粒,並將其拉伸冷卻變成橢圓形,接著放進懸濁液中研究膠體行為,沒想到因此發現全新的複雜行為:粒子以相似的方向成簇聚集,然後在材料內部會車阻塞。

研究人員說,新的物質狀態名為液態玻璃(liquid glass),實際上是相互競爭的液體-固體過渡相互作用形成不同性質的混合物,而形成原因似乎取決於粒子的形狀和濃度。

團隊表示,類似的動力學或許也可在其他系統中發現(比如金屬、塑膠、蛋白質甚至生物細胞),有助於闡明某些分子的複雜行為,也可能影響日後液晶設備的發展。新論文發表在《美國國家科學院院刊》(PNAS)。

(首圖來源:pixabay