13:48 2023-03-28
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Ce este sticla și cum ne modelează lumea?
_ Ce este sticla și cum ne modelează lumea?
De la cablurile de fibră optică la smartphone-uri, sticla joacă un rol major în tehnologia emergentă. Pentru a afla mai multe despre modul în care sticla va modela societatea viitoare, am vorbit cu Katelyn Kirchner, doctorand la Penn State, care studiază cu John Mauro, Dorothy Pate Enright profesor de știință și inginerie a materialelor din Penn State. Kirchner este autorul principal și autorul corespondent al lui Mauro al unui articol recent de recenzie despre proprietățile unice ale sticlei, publicat în revista Chemical Reviews.
Articolul, care a fost publicat luna trecută. și în colaborare cu o echipă internațională de oameni de știință, este prima privire cuprinzătoare asupra fluctuațiilor spațiale și temporale ale sticlei. Este o trecere în revistă a abordărilor experimentale, computaționale și teoretice pentru a caracteriza și demonstra efectele diferitelor tipuri de fluctuații asupra proprietăților și proceselor fizice, concentrându-se în primul rând pe paharele de oxid relevante din punct de vedere comercial.
Aceasta este o întrebare minunat de complicată. Definiția exactă este ceva care este încă explorat astăzi. Un pahar este o stare de neechilibru, necristalină a materiei, care apare solidă pe o scară scurtă de timp, dar se relaxează continuu spre starea lichidă. Să dezvăluim asta puțin mai departe. Sticla este un material neechilibrat, ceea ce înseamnă că structura atomică nu este în cea mai joasă energie, configurația de echilibru, care ar fi o stare lichidă sau cristalină. În consecință, toți ochelarii au două opțiuni: să se relaxeze continuu spre starea lichidă de echilibru sau să treacă printr-o tranziție de fază în starea de cristal.
Această relaxare la starea lichidă este atât de lentă încât, din timpul de observație umană, ochelarii par solide. Fiind necristalină sticla înseamnă că structura atomică nu are un model pe distanță lungă, ceea ce adaugă complicații suplimentare atunci când încearcă să prezică modul în care se vor aranja atomii. Și există multe alte cuvinte științifice „non” pe care le-am putea include pentru a defini mai precis „ce este sticla?” Înțelegem sticla prin ceea ce nu este, dar încă nu înțelegem pe deplin ce este sticla. Această complicație face să fii palpitant în domeniul științei sticlei, deoarece mai sunt atât de multe de explorat.
Gândește-te la toate modurile în care interacționăm cu sticla în viața noastră de zi cu zi, în domenii precum tehnologia informației, unde sticla este fundamentală pentru afișaje, realitatea augmentată, stocarea în memorie și transferul optic de date. Apoi sunt domenii precum transportul și arhitectura, cu vehicule și materiale de construcție, sau sectorul energetic cu fotovoltaice și baterii de ultimă generație. Puteți chiar să priviți îngrijirea sănătății cu ambalaje farmaceutice, suprafețe antimicrobiene și lentile prescrise. Impactul sticlei asupra lumii noastre a fost extraordinar.
În acest moment, fac în mare parte lucrări experimentale încercând să vizualizez fluctuațiile sticlei. Prin „fluctuații” mă refer la fluctuațiile spațiale, la modul în care proprietățile variază în diferite regiuni ale sticlei și mă refer, de asemenea, la fluctuațiile temporale, la modul în care materialul se schimbă în timp.
Unul dintre cele mai fascinante lucruri despre sticla este că aceste fluctuații (adică abateri) în structura atomică au un impact direct asupra proprietăților macroscopice. Când mă întorc la Penn State de la bursa mea de cercetare de la Universitatea Hokkaido pentru a-mi finaliza doctoratul. împreună cu Dr. Mauro, voi lucra cu datele pe care le colectez acum pentru a dezvolta un cadru de calcul care să înțeleagă mai bine cum ar putea fi manipulate fluctuațiile sticlelor cu film subțire pentru a obține comportamente de proprietate noi descoperite.
Fibra. optica este una bună, deoarece dacă înțelegem fluctuațiile sticlei, putem înțelege, prezice și optimiza mai bine modul în care un semnal optic se mișcă printr-un cablu. Când luați în considerare distanțele lungi pe care le parcurg aceste semnale, vorbim de comunicare transoceană, fiecare mică fluctuație are un impact mare.
De fiecare dată când semnalul luminos lovește pereții de silice ai cablului, proprietățile locale ale sticlei vor influența modul în care acel semnal se propagă prin restul fibrei, ceea ce afectează calitatea transferului de semnal și, în general, costul infrastructurii. O înțelegere profundă a modului în care impactul fluctuațiilor sticlei are un potențial major de a îmbunătăți tehnologia fibrei optice, iar acesta este doar un exemplu de aplicație potențială.
Aceasta este cea mai mare parte a acestei lucrări. Posibilitățile sunt nesfârșite atunci când privim aplicațiile de mâine pentru sticlă, cum ar fi dezvoltarea și comercializarea bateriilor fără ioni de litiu, dispozitive îmbunătățite de stocare a memoriei electronice, producție îmbunătățită de energie durabilă, interfețe de realitate augmentată etc.
Scopul cercetării materialelor este de a înțelege mai bine științele fundamentale, astfel încât să putem dezvolta următoarele tehnologii inovatoare și nu mă îndoiesc că sticla va juca un rol esențial în acest viitor.
Îmi amintesc când eram copil. unchiul, care era metalurgist, arătându-mi imaginile telescopului spațial Hubble. El a explicat ingineria diferitelor materiale folosite pentru a facilita vizualizarea galaxiilor îndepărtate. Sticla ne-a permis să vedem dincolo de propria noastră galaxie și să explorăm universul. Este palpitant să te gândești la toate descoperirile viitoare care vor fi făcute datorită sticlei.
Comentarii:
Adauga Comentariu