Поиск

Новый взгляд на стекла

Исследователи из Токийского университета представили новую физическую модель, которая предсказывает динамику стеклообразных материалов, основываясь исключительно на локальной степени структурного порядка их атомов. Используя компьютерное моделирование, они показали, как эта теория значительно улучшает понимание того, как стеклообразные жидкости становятся более вязкими при охлаждении. Эта работа имеет много потенциальных применений в производстве, особенно для производства специального стекла для лабораторного оборудования и электронных устройств с сенсорным экраном.

Стекло производилось человечеством с древних времен. Однако физика, управляющая движением атомов в стеклообразных материалах, невероятно сложна и до сих пор не до конца понятна. В отличие от большинства кристаллических твердых тел, в которых атомы сгруппированы в примерно одинаковых больших повторяющихся решетках, стекла состоят из конфигураций атомов, которые не показывают упорядочены как единая структура. Любой, кто наблюдал за стеклодувом, знает, что при высоких температурах стекло течет как жидкость. Это означает, что атомы внутри имеют достаточную подвижность, чтобы скользить мимо друг друга. Однако, когда материал охлаждается, он испытывает «стеклянный переход», в котором атомы движутся все медленнее и медленнее, пока они не зафиксируются в неупорядоченном состоянии «замороженной жидкости». То есть они были бы более стабильными в кристаллической конфигурации, но они не могут преодолеть барьер, чтобы это сделать. Эксперты часто описывают динамику стекла с использованием термина «время релаксации структуры», которое показывает, как быстро атомы приближаются к устойчивому состоянию.

Теперь ученые из Токийского университета использовали компьютерное моделирование для определения «параметра порядка структуры», который зависит только от локальной конфигурации атома и его непосредственных соседей. Эта величина характеризует меру отклонения от наиболее эффективной группировки окружающих атомов. Основываясь только на параметре структурного порядка, исследователи смогли предсказать время релаксации структуры. «Поскольку на релаксацию, по-видимому, влияют многие физические факторы, мы были приятно удивлены, что смогли описать его исключительно на основе структурного порядка», - говорит первый автор Хуа Тонг.

Проведя обширные компьютерные симуляции, они смогли подтвердить связь между локальным упорядочением и общей динамикой. Это уникальная особенность стекла, которая обычно не видна в кристаллических твердых телах. «Наше исследование предоставляет физическую основу для понимания того, как корреляция между местоположениями увеличивается в размерах, так что динамика на атомном уровне начинает проявлять схожее поведение в протяженной области», - объясняет старший автор Хаджиме Танака. Результаты этого проекта могут помочь разработать новые процессы для производства более прочного и долговечного стекла.


Источник: phys.org

Просмотров: 20
Обратная связь: firefly.sciencemagazine@gmail.com
  • Facebook
  • Twitter
  • YouTube
  • Vkontakte Social Иконка
  • Instagram

 Copyright © "Светлячок" 2019 Все права защищены

Любое использование либо копирование материалов или подборки материалов сайта, элементов дизайна и оформления допускается лишь с разрешения правообладателя и только со ссылкой на источник: www.firefly24.net