Fondere i vetri: Il vetro

Funzionalità del 24 marzo 2023

Questo articolo è stato rivisto in base al processo editoriale e alle politiche di Science X. Gli editori hanno evidenziato i seguenti attributi garantendo al tempo stesso la credibilità del contenuto:

verificato

pubblicazione sottoposta a revisione paritaria

fonte attendibile

correggere le bozze

di Thamarasee Jeewandara, Phys.org

Il processo di transizione da liquido a vetro è una procedura complessa nella scienza, così come lo è la transizione da vetro a liquido nota come fusione del vetro. In un nuovo rapporto pubblicato su Science Advances, Qi Zhang e un gruppo di ricerca in fisica presso l’Università di Scienza e Tecnologia di Hong Kong in Cina hanno assemblato vetri colloidali tramite deposizione di vapore e li hanno fusi per osservare le dinamiche di transizione vetrosa.

I parametri strutturali e dinamici vengono saturati a diverse profondità per definire uno strato liquido superficiale e uno strato intermedio vetroso. Gli scienziati hanno osservato la cinetica di singole particelle con varie caratteristiche per confermare le previsioni teoriche di fusione per lo strato superficiale di vetro.

Il processo di fusione del vetro non è, come ipotizzato, un processo inverso alla transizione di formazione del vetro da liquido a vetro. Il meccanismo della fusione del vetro è nella fase preliminare di sviluppo, in contrasto con il meccanismo intensamente studiato delle transizioni di formazione del vetro. I vetri ultrastabili hanno mostrato una fusione superficiale eterogenea in un meccanismo di prefusione superficiale per impedire la fusione dall'interno.

Gli scienziati dei polimeri hanno studiato vetri ultrastabili atomici e molecolari e hanno descritto i colloidi come sistemi modello eccezionali per studiare il comportamento di fusione del vetro dovuto a particelle su scala micron e movimenti termici che possono essere visualizzati tramite microscopia ottica. I colloidi forniscono importanti informazioni microscopiche sui vetri sfusi, compresi approfondimenti sulla fusione del vetro sfuso indotta dal taglio.

I ricercatori devono ancora esplorare la fusione in massa o superficiale indotta termicamente a livello di singola particella poiché richiede colloidi con attrazione regolabile. In questo lavoro, Zhang e colleghi hanno utilizzato colloidi attraenti per misurare la cinetica microscopica a diversi intervalli di temperatura, per esaminare cambiamenti di temperatura lenti e rapidi per campioni monostrato e multistrato e comprendere le loro traiettorie di pre-fusione e fusione.

Durante gli esperimenti, Zhang e il team hanno incorporato una miscela 50:50 di sfere polimeriche per superare la cristallizzazione e hanno aggiunto un colorante per indurre l'attrazione tra le sfere di polimetilmetacrilato. Hanno pompato il colorante nella regione non riscaldata tramite termoforesi per diminuire la forza di attrazione, aumentando linearmente la temperatura effettiva.

I risultati hanno prodotto colloidi monostrato e multistrato. Il team ha assemblato i vetri colloidali tramite deposizione di vapore per formare vetri molecolari ultrastabili. Hanno notato le particelle tramite microscopia ottica e hanno monitorato i movimenti browniani delle particelle con l'analisi delle immagini.

Gli scienziati hanno notato transizioni complete di fusione a 25,3 gradi Celsius. Durante il processo di pre-fusione dei cristalli, i ricercatori avevano previsto in teoria la crescita della legge di potenza dello spessore del liquido superficiale e avevano osservato i risultati sperimentalmente e con simulazioni. Il team ha quantificato la relazione tra la struttura locale e la dinamica, dove la regione a bassa densità vicino alla superficie mostrava il comportamento di transizione di accoppiamento modale del vetro fragile mentre la regione ad alta densità vicino alla massa mostrava il comportamento di Arrhenius del vetro resistente.

Questo incrocio da fragile a forte con la diminuzione della temperatura è stato osservato anche nell'acqua, nei vetri metallici e nei vetri organici/inorganici. La presente ricerca si concentra sulla correlazione dinamica strutturale del vetro sfuso e del liquido sottoraffreddato, fornendo una connessione vicino alla superficie.