13:48 2023-03-24
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Topirea sticlelor: Tranziția sticla-lichid
_ Pahare topite: Tranziția sticlă la lichid
Procesul de tranziție lichid la sticlă este o procedură complexă în știință, la fel ca și tranziția sticlă la lichid cunoscută sub numele de topire a sticlei. Într-un nou raport publicat în Science Advances, Qi Zhang și o echipă de cercetare în fizică de la Universitatea de Știință și Tehnologie din Hong Kong din China au asamblat paharele coloidale prin depunere de vapori și le-au topit pentru a observa dinamica tranziției sticlei.
Parametrii structurali și dinamici saturați la diferite adâncimi pentru a defini un strat lichid de suprafață și un strat intermediar sticlos. Oamenii de știință au observat cinetica unei singure particule cu diferite caracteristici pentru a confirma previziunile teoretice ale topirii stratului de suprafață de sticlă.
Procesul de topire a sticlei nu este, așa cum se presupune, un proces invers al tranziției de formare a sticlei. de la lichid la sticlă. Mecanismul de topire a sticlei se află în stadiul preliminar de dezvoltare, spre deosebire de mecanismul intens studiat al tranzițiilor de formare a sticlei. Sticlele ultrastabile au arătat o topire eterogenă a suprafeței într-un mecanism de pre-topire a suprafeței pentru a preveni topirea din interior.
Oamenii de știință din polimeri au studiat sticlele ultrastabile atomice și moleculare și au descris coloizii ca sisteme model remarcabile pentru a studia topirea sticlei. comportament datorat particulelor la scară micron și mișcărilor termice care pot fi vizualizate prin microscopie optică. Coloizii oferă informații microscopice importante despre paharele în vrac, inclusiv informații despre topirea sticlei în vrac indusă de forfecare.
Cercetătorii încă nu au explorat topirea în vrac sau de suprafață indusă termic la nivelul unei singure particule, deoarece necesită coloizi cu atracție reglabilă. În această lucrare, Zhang și colegii au folosit coloizi atractivi pentru a măsura cinetica microscopică la diferite intervale de temperatură, pentru a examina schimbările lente și rapide de temperatură pentru probele monostrat și multistrat și pentru a înțelege traiectoriile lor de pre-topire și topire.
În timpul acestei lucrări. Experimentele, Zhang și echipa au încorporat un amestec 50:50 de sfere de polimer pentru a depăși cristalizarea și au adăugat un colorant pentru a induce atracția între sferele de polimetil metacrilat. Ei au pompat colorantul în regiunea neîncălzită prin termoforeză pentru a scădea puterea de atracție, în timp ce crește liniar temperatura efectivă.
Rezultatele au produs coloizi monostrat și multistrat. Echipa a asamblat ochelarii coloidali prin depunere de vapori pentru a forma ochelari moleculari ultrastabili. Ei au observat particulele prin microscopie optică și au urmărit mișcările browniene ale particulelor cu analiză de imagine.
Oamenii de știință au observat tranziții complete de topire în vrac la 25,3 grade Celsius. În timpul procesului de pre-topire a cristalelor, cercetătorii au prezis creșterea prin legea puterii a grosimii lichidului de suprafață în teorie și au observat rezultatele experimental și cu simulări. Echipa a cuantificat relația dintre structura locală și dinamică, unde regiunea cu densitate scăzută din apropierea suprafeței a prezentat un comportament de tranziție de cuplare de mod a sticlei fragile, în timp ce regiunea cu densitate mare din apropierea vracului a prezentat comportamentul Arrhenius al sticlei puternice.
Acest crossover de la fragil la puternic cu scăderea temperaturii a fost observat și în apă, pahare metalice și pahare organice/anorganice. Prezenta cercetare se concentrează pe corelația dinamică structurală a sticlei în vrac și a lichidului suprarăcit a oferit o conexiune în apropierea suprafeței.
În timp ce cristalele coloidale monostrat și bistrat au arătat comportamente distincte de pre-topire și topire la suprafață, monostratul și sticlele coloidale multistrat au păstrat asemănări în timpul topirii și pre-topirii. Topirea cristalelor se observă de obicei prin creșterea bruscă a temperaturii peste punctul de topire. Pentru a facilita acest lucru, echipa a schimbat brusc modul de temperatură pentru a studia atât procesele de topire, cât și cele de pre-topire în sticlă.
Temperatura de tranziție sticloasă a fost mai scăzută la schimbări rapide de temperatură, în comparație cu valoarea la schimbări lente de temperatură. Sticlele dublu și tristrat supuse unei schimbări rapide de temperatură au prezentat comportamente similare înainte de topire. Cercetătorii observaseră deja viteza constantă de topire în sticla ultrastabilă fără un test experimental și cu simulări, ceea ce a fost de acord cu observațiile făcute în acest studiu.
Zhang și echipa au remarcat regiuni de rearanjare cooperantă care sunt cruciale pentru relaxarea sticlei aproape de suprafata. Ei au definit aceste regiuni ca grupuri compuse din cel puțin două particule mobile și au presupus că acestea conțin un miez compact înconjurat de o înveliș asemănător unui șir.
Pe măsură ce temperatura efectivă a crescut în timp, morfologia materialului s-a schimbat. de la compoziții compacte la compoziții asemănătoare șirului, așa cum s-a prezis și observat în paharele în vrac. În timpul procesului de încălzire, regiunea de rearanjare cooperativă polarizată de pe suprafața sticlei monostrat s-a schimbat de la paralelă la aproape perpendiculară, pentru a facilita topirea. Reversul a fost valabil pentru aceste regiuni în timpul creșterii sticlei prin depunere de vapori.
În acest fel, Qi Zhang și colegii au condus cinetica unei singure particule pentru a dezvălui două straturi de suprafață în sticlă. Stratul lichid de pe partea superioară a rămas stabil la o temperatură fixă în loc să se propagă în vrac pentru a indica mai degrabă comportamentul de pre-topire decât de topire. Ei au observat asemănări între sticlă și cristale în timpul procesului de pre-topire și topire, de exemplu, sticlele obișnuite au prezentat o topire în vrac asemănătoare nucleării, la fel ca cristalele pentru a susține originea termodinamică a tranziției sticlei. Oamenii de știință din domeniul polimerilor se află încă în stadiul preliminar al studierii topirii suprafeței sticlei, care necesită detalii teoretice și experimentale la nivelul unei singure particule.
Simulările s-au concentrat până acum pe viteza frontului de topire și pe adâncimea de trecere de la suprafață la topirea în vrac, în timp ce conceptul de pre-topire a sticlei rămâne de discutat în profunzime. Suprafața de sticlă a arătat, de asemenea, un strat sticlos suplimentar, în contrast cu procesele de pre-topire a cristalului - care depășesc teoria pre-topirii. În timp ce rezultatele comportamentelor de pre-topire/topire observate aici sunt similare cu paharele în vrac, ele sunt în contrast cu dinamica comportamentală a cristalelor monostrat/bistrat.
© 2023 Science X Network
Comentarii:
Adauga Comentariu