녹는 유리: 유리

2023년 3월 24일 특집

이 기사는 Science X의 편집 과정 및 정책에 따라 검토되었습니다. 편집자들은 콘텐츠의 신뢰성을 보장하면서 다음 특성을 강조했습니다.

사실 확인된

동료 검토 출판물

신뢰할 수 있는 출처

교정하다

작성자: Thamarasee Jeewandara, Phys.org

액체에서 유리로의 전이 과정은 유리 용융으로 알려진 유리에서 액체로의 전이와 마찬가지로 과학에서 복잡한 절차입니다. Science Advances에 발표된 새로운 보고서에서 Qi Zhang과 중국 홍콩 과학기술대학교 물리학 연구팀은 증기 증착을 통해 콜로이드 유리를 조립하고 녹여 유리 전이 역학을 관찰했습니다.

표면 액체층과 유리질 중간층을 정의하기 위해 다양한 깊이에서 포화된 구조적 및 동적 매개변수. 과학자들은 유리 표면층의 용융에 대한 이론적 예측을 확인하기 위해 다양한 특징을 지닌 단일 입자 동역학을 관찰했습니다.

유리 용융 과정은 가정된 바와 같이 액체에서 유리로의 유리 형성 전환의 역과정이 아닙니다. 유리 용융 메커니즘은 집중적으로 연구된 유리 형성 전이 메커니즘과는 대조적으로 개발 초기 단계에 있습니다. 초안정성 유리는 내부로부터의 용융을 선점하기 위한 표면 사전 용융 메커니즘에서 이질적인 표면 용융을 보여주었습니다.

고분자 과학자들은 원자 및 분자 초안정 유리를 연구했으며 콜로이드를 광학 현미경을 통해 볼 수 있는 미크론 규모 입자 및 열 운동으로 인한 유리 용융 거동을 연구하기 위한 뛰어난 모델 시스템으로 설명했습니다. 콜로이드는 전단 유발 벌크 유리 용융에 대한 통찰력을 포함하여 벌크 유리에 대한 중요한 현미경 정보를 제공합니다.

연구자들은 조정 가능한 인력을 가진 콜로이드가 필요하기 때문에 단일 입자 수준에서 열적으로 유도된 벌크 또는 표면 용융을 아직 연구하지 않았습니다. 이 연구에서 Zhang과 동료들은 매력적인 콜로이드를 사용하여 다양한 온도 범위에서 미세한 동역학을 측정하고 단층 및 다층 샘플의 느리고 빠른 온도 변화를 조사하고 사전 용융 및 용융 궤적을 이해했습니다.

실험 동안 Zhang과 팀은 결정화를 극복하기 위해 폴리머 구체의 50:50 혼합물을 통합하고 폴리메틸 메타크릴레이트 구체 사이의 인력을 유도하기 위해 염료를 추가했습니다. 그들은 열영동을 통해 염료를 비가열 영역으로 펌핑하여 인력 강도를 감소시키는 동시에 유효 온도를 선형적으로 증가시켰습니다.

그 결과 단층 및 다층 콜로이드가 생성되었습니다. 팀은 증기 증착을 통해 콜로이드 유리를 조립하여 초안정적인 분자 유리를 형성했습니다. 그들은 광학 현미경을 통해 입자를 기록하고 이미지 분석을 통해 입자 브라운 운동을 추적했습니다.

과학자들은 섭씨 25.3도에서 완전한 벌크 용융 전이가 일어나는 것을 확인했습니다. 연구진은 결정을 미리 녹이는 과정에서 이론적으로 표면 액체 두께의 거듭제곱 법칙 성장을 예측하고 실험과 시뮬레이션을 통해 그 결과를 관찰했습니다. 팀은 표면 근처의 저밀도 영역이 깨지기 쉬운 유리의 모드 결합 전이 동작을 나타내는 반면, 벌크 근처의 고밀도 영역은 강한 유리의 아레니우스 동작을 나타내는 국부적 구조와 동역학 사이의 관계를 정량화했습니다.

온도가 감소하면서 깨지기 쉬운 것과 강한 것 사이의 교차는 물, 금속 유리, 유기/무기 유리에서도 나타났습니다. 벌크 유리와 과냉각 액체의 구조적 동적 상관관계에 대한 현재 연구의 초점은 표면 근처의 연결을 제공했습니다.