Mokslininkai atveria naują stiklo formavimo fizikos langą


Tarptautinės mokslininkų komandos tyrimai atskleidė naują stiklinimo fiziką – procesą, kurio metu gl

Kreditas: Glazgo universitetas

Tarptautinės mokslininkų komandos tyrimai atskleidė stiklinimo fiziką – procesą, kurio metu susidaro stiklas.

Jų išvados, kurių pagrindinis dėmesys skiriamas akinių bendros savybės, vadinamos bozono smailėmis, analize, galėtų padėti paruošti kelią naujiems medžiagų mokslo pokyčiams.

Piką galima pastebėti stiklo kai naudojama speciali įranga jį sudarančių atomų virpesiams tirti, kai jis smailėja terahercų diapazone. Bozono smailė taip pat suteikia stiklams būdingą papildomą šiluminę talpą, palyginti su kristalais, susidariusiais iš tos pačios medžiagos.

Manoma, kad ypač žemos atomų ar molekulių vibracijos, sukeliančios bozono smailę, turi įtakos tam, ar aušinamas skystis sudaro stiklą ar kristalą, tačiau šis procesas vis dar nėra visiškai suprantamas.

Straipsnyje, paskelbtame žurnale Gamtos komunikacijosJK, Slovėnijos ir Japonijos mokslininkai aprašo, kaip jie dirbo kartu analizuodami ir modeliuodami, kaip bozono smailė atsiranda tetrabutilo ortosilikato – klampaus skysčio, kuris nesikristalizuoja ir naudojamas kai kurių tipų stiklo gamyboje – mėginiuose.

Profesorius Klaas Wynne iš Glazgo universiteto Chemijos mokyklos yra vienas iš atitinkamų šio straipsnio autorių. Profesorius Wynne’as sakė: „Šis darbas padeda mums geriau suprasti stiklinimą, kuris šiuo metu yra karšta fizikos tema.

“Kai skysčiai greitai atšaldomi, jie gali sudaryti stiklus arba kristalus – tai procesas, kuris yra menkai suprantamas, bet svarbus programoms.

“Stiklai gali būti gaminami iš pačių įvairiausių medžiagų, be to, jie naudojami visose pramonės šakose, išskyrus akivaizdų langų stiklų naudojimą. Pavyzdžiui, aviacijoje naudojami stiprūs, lankstūs metaliniai stiklai, o kiti gali būti naudojami vaistams, jie gali padėti kontroliuoti vaistų įsisavinimo į organizmą greitį.

“Tačiau procesas, vadinamas antriniu atsipalaidavimu, gali sukelti kristalų susidarymą stiklinėse, joms atvėsus, kartais po metų. Vis dar nėra visiškai aišku, kurie molekuliniai procesai tai gali įvykti, o geresnis akinių formavimosi supratimas galėtų padėti mums ateityje sukurti geresnius ir saugesnius akinius.

“Vienas iš iššūkių tiriant bozono smailę yra tai, kad jis vyksta kartu su kitais procesais, tokiais kaip molekuliniai virpesiai ir sukimai, todėl sunku atskirti ir analizuoti. Mes nusprendėme ištirti, kaip bozono smailė funkcionuoja skirtingomis sąlygomis, naudodamiesi įvairiais būdais. metodus, kad padėtų išplėsti mūsų supratimą apie stiklo formavimąsi.

Tyrėjai pasirinko tirti tetrabutilo ortosilikatą arba TBOS, nes jo molekulinė struktūra yra simetriškas, todėl bozono smailę lengviau atskirti nuo visų kitų įnašų. Jie naudojo stebėjimo metodų rinkinį, įskaitant Ramano spektroskopiją, kad stebėtų TBOS molekulių elgseną, kai jos atvėsta iš skysčio į stiklą esant įvairioms temperatūroms.

Jie pirmą kartą pastebėjo, kad TBOS atvėsęs ir suformuoja stiklą, pradeda, bet neužbaigia kristalizacijos proceso, o tai suteikia pagrindinę įžvalgą apie molekulinį stiklinimo procesą.

Lygiagrečiai su eksperimentiniais metodais atliko Warwick universiteto mokslininkai kompiuterinės simuliacijos kurios galėjo tiksliai atspindėti laboratorinius stebėjimus ir teisingai numatyti TBOS elgesį, kai jis virsta stiklu.

Dr. Gabriele Sosso iš Warwick universiteto Chemijos katedros taip pat yra atitinkama šio straipsnio autorė. Dr. Sosso pridūrė: „TBOS molekulių simetrija suteikė unikalią galimybę sukurti ryšį tarp modeliavimo ir eksperimentų.

“Per pastaruosius kelerius metus mes daug sužinojome apie akinius, daugiausia dėl kompiuterinio modeliavimo modelių, kuriuos dažnai vadiname “paprastais” modeliais – pagalvokite apie dviejų ar trijų dimensijų sferinių dalelių tinklus. Šie paprasti modeliai yra neįtikėtinai naudinga atskleisti netvarkingų sistemų subtilybes – TBOS yra visiškai kitoks žvėris! Buvo labai smagu pritaikyti bendruomenės nuomones apie modelių sistemas realiame molekuliniame stikle, pavyzdžiui, TBOS.

“Faktas, kad bozono smailė stikliniame TBOS, atrodo, atsiranda dėl labai specifinių struktūrinių ypatybių, yra neįtikėtinai viliojanti perspektyva skaičiavimo bendruomenei. Negaliu laukti, kol pamatysiu, kaip šios struktūros ypatybės atrodys kitų tipų molekuliniuose stikluose – tai jaudina. kartų į priekį“.

Komandos dokumentas, pavadintas „Supratimas, kaip atsirado bozonas molekulinių stiklų smailė“, paskelbta Gamtos komunikacijos.

Daugiau informacijos:
Mario González-Jiménez ir kt., Bozono smailės atsiradimo molekuliniuose stikluose supratimas, Gamtos komunikacijos (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-35878-6

Citata: Mokslininkai atveria naują stiklo formavimo fizikos langą (2023 m. sausio 24 d.), gautą 2023 m. sausio 25 d. iš https://phys.org/news/2023-01-scientists-window-physics-glass-formation.html

Šis dokumentas yra saugomas autorių teisių. Išskyrus bet kokius sąžiningus sandorius privačių studijų ar mokslinių tyrimų tikslais, jokia dalis negali būti atkuriama be raštiško leidimo. Turinys pateikiamas tik informaciniais tikslais.