Bizarre Eigenschaften des Glases enthüllt
Wissenschaftler haben in den bizarren Eigenschaften des Glases, die verhält sich manchmal wie ein Feststoff und einer Flüssigkeit, eine bahnbrechende Entdeckung gemacht.
Der Befund könnte Flugzeuge, die aussehen wie Wonder Woman Flugzeug. Solche Flächen hätte Flügel aus Glas oder etwas als metallisches Glas, anstatt völlig unsichtbar.
Der Durchbruch beteiligt nur was für Glas ist Jahrzehnte alte Probleme zu lösen. Es ist bekannt, dass das trotz solide Erscheinung, Glas und Gele tatsächlich in einem "verklemmt" Zustand der Materie sind – irgendwo zwischen flüssig und fest – das bewegt sich sehr langsam. Atome in einem Glas sind wie Autos im Stau in so etwas wie Suspended Animation, nicht in der Lage, ihr Ziel zu erreichen, da die Route von ihrem Nachbarn blockiert wird. Obwohl Glas eine harte Substanz ist, wird es also nie ganz eine ordnungsgemäße solide, Chemiker und Materialien Wissenschaftlern zufolge.
Arbeit konzentriert sich bisher auf versuchen, den Stau zu verstehen, aber jetzt Paddy Royall an der University of Bristol, mit Kollegen in Canberra und Tokio hat gezeigt, dass Glas nicht zu festem Untergrund aufgrund der besonderen atomaren Strukturen, die in einem Glas zu bilden, wenn es abkühlt.
Ikosaeder Marmeladen
Einige Materialien kristallisieren wie sie kühl, arrangieren ihre Atome in ein sehr regelmäßiges Muster ein Gitter nannte, Royall sagte, aber obwohl Glas "" ein Kristall sein will, als es kühlt die Atome werden eingeklemmt in eine fast zufällige Anordnung, die verhindern, dass es ein regelmäßiges Gitter bilden.
In den 1950er-Jahren schlug Sir Charles Frank in der Physik-Abteilung bei Bristol, dass die Anordnung der "Marmelade" bilden sollten, was ein Ikosaeder nennt, aber zu der Zeit er nicht in der Lage war, es zu beweisen.
Ein Ikosaeder ist wie ein 3-d-Fünfeck, und so, wie Sie eine Bodenfliese mit Fünfecken können nicht, können nicht füllen Sie 3-d Raum mit Ikosaeder, Royall erklärt. Das heißt, können Sie kein Gitter aus Fünfecken.
Wenn es um Glas Frank gedacht geht, gibt es ein Wettbewerb zwischen Kristallbildung und Fünfecke, der den Bau eines Kristalls verhindert. Wenn eine Flüssigkeit abkühlen und es eine Menge von Fünfecken macht und die Fünfecke überleben, kann nicht der Kristall bilden.
Es stellt sich heraus, dass Frank Recht hatte, Royall sagte, und sein Team dies experimentell bewies. Sie können nicht sehen, was passiert mit Atomen, wie sie cool weil sie zu klein sind, so dass Royall und seine Kollegen verwendet spezielle Teilchen genannt Kolloide, die Atome, imitieren aber groß genug, um mit State-of-the-Art-Mikroskopie sichtbar sind. Das Team einige abgekühlt und beobachtet, was passiert ist.
Was sie fanden war, dass das Gel diese Teilchen auch "will" einen Kristall sein, aber es nicht zu einer infolge der Bildung von Icosahedra-artige Strukturen – genau wie Frank es vorausgesagt hatte.
"Es ist die Bildung dieser Strukturen, die hinter gestaute Materialien und erklärt, warum ein Glas ein Glas und keine Flüssigkeit ist — oder eine solide," Royall sagte.
Die Ergebnisse sind detailliert in den 22 Juni-Ausgabe der Zeitschrift Nature Materials. Die Forschung wurde zum Teil durch einen Zuschuss aus dem Ministerium für Bildung, Kultur, Sport, Wissenschaft und Technologie sowie der Royal Society unterstützt.
Jetliner Katastrophenprävention
Kenntnis des Aufbaus von Atomen gebildet, wie ein Glas kühlt stellt einen Durchbruch im Verständnis der Meta-stabilen Materialien und ermöglicht weitere Entwicklung neuer starke, aber dennoch leichte Materialien genannt metallische Gläser, sagte er, bereits verwendet, um einige Golf-Clubs. Dieses Zeug ist in der Regel glänzend schwarzes in der Farbe, nicht transparent, durch eine Menge von freien Elektronen (man denke an Quecksilber in einem alten Thermometer).
Metalle kristallisieren normalerweise wenn sie kühl, aber Stress baut sich entlang der Grenzen zwischen Kristalle, Metall Ausfall führen kann.
Zum Beispiel der weltweit erste Jetliner, die Briten gebaut De Havilland Comet, fiel aus dem Himmel Metall Ausfall. Wann werden Metalle werden unternommen, um Cool mit der gleichen internen Struktur als ein Glas und ohne Kristall Korngrenzen, sie sind weniger wahrscheinlich zum Scheitern verurteilt, Royall sagte. Metallische Gläser für eine ganze Reihe von Produkten, über Golfclubs, geeignet sein könnte, die wie Flugzeugtragflächen und Motorteile flexibel sein müssen, sagte er.
Glas ist nicht das, was es scheint
Royall ist Teil einer Gruppe von Wissenschaftlern, die meinen, wenn Sie lange genug, vielleicht Milliarden von Jahren warten, ganz aus Glas wird schließlich zu einem wahren soliden kristallisieren. Das heißt, ist Glas nicht in einen Gleichgewichtszustand (obwohl es auf diese Weise zu uns während unserer begrenzten Lebenszeit scheint).
"Dies nicht allgemein akzeptiert ist," sagte Royall LiveScience. "Unsere Arbeit gehen irgendwie zu diesem Punkt mehr akzeptiert. "Ich denke, es gibt eine wachsende Gewicht der Beweise dafür, dass sicherlich viele Gläser""ein Kristall soll."
Noch, Glas "sieht aus wie eine Flüssigkeit und dies ist eines der großen Rätsel, die wir irgendwie gegangen um zu lösen," Royall sagte. "Es hat immer gedacht, dass Glas dieselben Struktur hat wie eine Flüssigkeit, und dass ist warum es aussieht wie es. Es muss nicht dieselbe Struktur wie Flüssigkeit."
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