Что скрывает стекло? Ученые близки к разгадке тайн необычного типа материалов

Стекло различных типов и форм встречает нас повсеместно. Человечество уже давно научилось создавать его, но полного понимания структуры этого класса материалов у нас нет, по сей день.

Что скрывает стекло? Ученые близки к разгадке тайн необычного типа материалов

Стекло — это некристаллическое аморфное твердое вещество, которое широко используется в практических и технологических целях в повседневной жизни. Помимо натриево-кальциевого стекла, используемого в окнах, существует множество других типов стекол, таких как металлическое стекло. Стеклофазный материал таит в себе множество загадок: снаружи он ведет себя как твердое тело, но внутри он выглядит беспорядочно, как жидкость. Так что его структура долгое время активно изучалась.

Группа исследователей во главе с профессором Ван Сюньли, заведующим кафедрой физики и заведующим кафедрой физики в CityU, обнаружила структурную связь между стеклянным твердым телом и его кристаллическим аналогом, что является прорывом в понимании детальной структуры аморфного вещества. Работа была опубликована в Nature Materials и описывает, что аморфное и кристаллическое металлическое стекло имеют одинаковые структурные строительные блоки. И именно связь между этими блоками отличает кристаллическое и аморфное состояния материала. 

Что скрывает стекло? Ученые близки к разгадке тайн необычного типа материалов

В отличие от кристаллического твердого тела, состоящего из периодического наложения (дальний порядок) фундаментальных строительных блоков, известных как элементарные ячейки, стеклянный материал не имеет дальнего порядка. Но стеклянный материал имеет упорядоченные структуры на коротких (2–5 Å) и средних (5–20 Å) и даже более длинных масштабах. Однако из-за отсутствия контраста из-за аморфной природы материала ученым было трудно экспериментально определить природу среднего порядка. В результате оставалось сциентистской загадкой, существует ли какая-либо структурная связь на средних или более длинных масштабах между аморфным материалом и его кристаллическими аналогами. Проблема усугубляется тем, что аморфный материал часто кристаллизуется в фазу разного состава с очень разными лежащими в основе структурными строительными блоками.

Чтобы преодолеть эту проблему, команда исследователей захватила промежуточную кристаллическую фазу с помощью точного контроля нагрева металлического стекла (сплава палладий-никель-фосфор (Pd-Ni-P)) при высокой температуре.

Что скрывает стекло? Ученые близки к разгадке тайн необычного типа материалов

Источник: Nature Materials.

(а) Красные шары — это атомы Pd и Ni, а синие шары — атомы P. Многогранник оранжевого цвета представляет собой небольшой кластер, обогащенный Pd, а многогранник синего цвета представляет собой небольшой кластер, обогащенный Ni. Для пояснения отображается только часть небольших кластеров. (б). Принципиальные схемы, показывающие построение кластера 6M-TTP по схеме разделения краев.

Впоследствии группа использовала различные передовые методы структурного анализа, включая просвечивающую электронную микроскопию с высоким разрешением, высокоточную синхротронную дифракцию рентгеновских лучей и автоматизированный компьютерный анализ изображений. Сравнивая структуры металлического стекла (сплава) в его аморфном и промежуточном кристаллическом состояниях, команда обнаружила, что обе формы сплавов имеют один и тот же строительный блок, который представляет собой шестичленный кластер трехгранной тригональной призмы (6M-TTP) состоящий из атомов палладия, никеля и фосфора. Команда также пришла к выводу, что именно связь между кластерами различает кристаллическое и аморфное состояния.

Исследователи полагали, что понимание молекулярной структуры аморфного материала имеет жизненно важное значение для разработки новых материалов, поскольку структура определяет свойства. Прошедшее экспериментальное исследование пролило свет на структуру аморфных материалов на больших масштабах. Эти данные могут сыграть серьёзную роль в раскрытии и понимании структуры стекла.

Читайте также

Пермский Политех разработал сверхпрозрачное стекло для спутников

Пермский Политех разработал сверхпрозрачное стекло для спутников

В Калининграде создали углеродный материал nC для аккумуляторов будущего

В Калининграде создали углеродный материал nC для аккумуляторов будущего

Сколько клеток в организме человека? Ученые назвали наиболее точную оценку

Сколько клеток в организме человека? Ученые назвали наиболее точную оценку

В Китае нашли древнейший янтарь возрастом 385 миллионов лет — он оказался на 65 млн лет старше всех известных образцов

В Китае нашли древнейший янтарь возрастом 385 миллионов лет — он оказался на 65 млн лет старше всех известных образцов

Владение смартфоном снижает навыки чтения у детей 3–6 классов – исследование UCLA

Владение смартфоном снижает навыки чтения у детей 3–6 классов – исследование UCLA

Следы возрастом 1,43 млн лет у озера Туркана рассказали о предках человека ростом 180 см

Следы возрастом 1,43 млн лет у озера Туркана рассказали о предках человека ростом 180 см

Китайские ученые создали сверхпрочный сплав, выдерживающий нагрев до 2400 °C

Китайские ученые создали сверхпрочный сплав, выдерживающий нагрев до 2400 °C

Медицинские технологии, в которые почти невозможно поверить

Медицинские технологии, в которые почти невозможно поверить

Рождение GEO: как бренды платят миллионы, чтобы их советовал ИИ

Рождение GEO: как бренды платят миллионы, чтобы их советовал ИИ

Робот МФТИ установил рекорд сборки головоломки «мегаминкс» за 9,6 секунды

Робот МФТИ установил рекорд сборки головоломки «мегаминкс» за 9,6 секунды

Бензин как лотерея: станут ли гибриды и электромобили популярным выбором россиян?

Бензин как лотерея: станут ли гибриды и электромобили популярным выбором россиян?

7 удивительных фактов о черных дырах, которые меняют наше представление о Вселенной

7 удивительных фактов о черных дырах, которые меняют наше представление о Вселенной

Канистра и риски: эксперт предупредил об опасных последствиях хранения бензина

Канистра и риски: эксперт предупредил об опасных последствиях хранения бензина

Российские ученые создали тест на рак полости рта по анализу слюны

Российские ученые создали тест на рак полости рта по анализу слюны

Гибридный ветрогенератор работает даже при слабом ветре

Гибридный ветрогенератор работает даже при слабом ветре

Huawei представила процессоры Kirin XE90 и Kirin X90 Plus для ПК с HarmonyOS

Huawei представила процессоры Kirin XE90 и Kirin X90 Plus для ПК с HarmonyOS