Стекло, как это может показаться обыденным, - материал удивительно загадочный. Теперь ученые из Университета Констанца определили новое состояние вещества, называемое жидким стеклом, которое обладает некоторыми необычными свойствами.
Постоянное заблуждение о том, что стекло уже является жидкостью, распространяется дезинформированными учителями средней школы и экскурсоводами. Но технически это не так - стекло - аморфное твердое тело. Обычно, когда вещество переходит из жидкости в твердое тело, ранее свободно текущие атомы выстраиваются в твердое кристаллическое образование. Но со стеклом дело обстоит иначе: его атомы «застывают» в неупорядоченном состоянии.
По крайней мере, так обычно бывает. В новом исследовании исследователи обнаружили форму стекла, в которой атомы проявляют сложное поведение, которое никогда раньше не наблюдалось в объемной массе стекла. По сути, атомы могут двигаться, но не могут вращаться.
Команда сделала это открытие в модельной системе коллоидных суспензий. Эти смеси состоят из крупных твердых частиц, взвешенных в жидкости, что облегчает ученым наблюдение за физическим поведением атомов или молекул. Обычно эти частицы представляют собой сферы, но для этого эксперимента команда использовала эллиптические частицы, чтобы они могли определить, в каком направлении они находятся.
Диаграмма, показывающая положение и ориентацию эллиптических частиц в состоянии жидкого стекла. Фото: Research groups of Professor Andreas Zumbusch and Professor Matthias Fuchs
Исследователи протестировали различные концентрации частиц в жидкости, отслеживая, насколько хорошо они могут двигаться и вращаться. В конце концов они обнаружили, что при более высоких концентрациях частицы блокируют друг друга от вращения, но они все еще могут двигаться, образуя состояние жидкого стекла.
«При определенных плотностях частиц ориентационное движение застыло, в то время как поступательное движение сохранялось, что привело к образованию стекловидных состояний, в которых частицы сгруппировались в локальные структуры с аналогичной ориентацией», - говорит Андреас Зумбуш, ведущий автор исследования.
Команда говорит, что наблюдаемое поведение происходит от двух конкурирующих процессов стеклования, взаимодействующих друг с другом. Жидкое стекло предсказывалось десятилетиями, и новое наблюдение предполагает, что аналогичные процессы могут происходить в других стеклообразующих системах.
«Это невероятно интересно с теоретической точки зрения», - говорит Маттиас Фукс, старший автор исследования. «Наши эксперименты предоставляют своего рода свидетельство взаимодействия между критическими флуктуациями и застывшим стеклом, которого научное сообщество преследовало довольно долгое время».
Исследование было опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Источник: New Atlas / University of Konstanz
