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據英國《新科學家》雜志報道,雖然玻璃顯然不是液體,而是感覺像是固體,但其分子不能完全取代液體的無序狀態排列成規則的3D格點。玻璃為何有這樣的雙重特性一直是一個不解之謎。如今科學家表示他們發現了玻璃是如何具備這種與眾不同的特性的,此研究將有利于開發能較佳結合金屬和玻璃特性的新材料。
一支全部小組利用直徑僅2微米的塑膠粒子包裹著凝膠,模擬玻璃冷卻時的情況。此研究小組成員、英國布里斯托爾大學的帕特里克·羅亞爾表示,這些粒子的行為和玻璃中的分子一樣,但比玻璃分子大得多,因此可以在顯微鏡下清楚地看到。
為了模擬此凝膠中的溫度變化,羅亞爾的小組逐漸增加第二種聚合體,較終此凝膠可以像玻璃似的能折疊起來。利用共焦顯微鏡可以看到此凝膠的3D結構。研究人員發現這些粒子緊緊團結起來,形成了5個方向都對稱的20面體。
此幾何結構不能打孔,也不能鑲嵌形成規則的固體3D格點。這意味著它們不能隨意移動,因為它們較原始的粒子更大一些。羅亞爾認為真玻璃的分子具有同樣的20面體的結構,使其不能結晶成固體,但也不足以具備像液體那樣自由流動的特性。
50年前科學家就假定玻璃特性源于這種20面體的結構,但這是初次在實驗室通過實驗過程來證實它。“很久以來,沒有人真實展示過玻璃的結構,”羅亞爾說,“但我們已經能展示出玻璃結構如何不同于液體。”
由此可以制造20面體的結構構成的金屬,當它們冷卻時就能形成一種新型的“金屬玻璃”材料。它沒有金屬那樣規則的晶體結構,因此,此新材料能彌補金屬的缺點,可以應用到耐高壓的裝備中,如飛機機翼。
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