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

«Розовый шум» во время сна усиливает очистку мозга: новое исследование MIT

«Розовый шум» во время сна усиливает очистку мозга: новое исследование MIT

Травля медведей была привезена в Англию норманнами

Травля медведей была привезена в Англию норманнами

Китовая акула проплыла 54 700 км за 10 лет

Китовая акула проплыла 54 700 км за 10 лет

Эволюция – не слепой случай: ученые обнаружили скрытый «компас» в геноме

Эволюция – не слепой случай: ученые обнаружили скрытый «компас» в геноме

«Оземпик» продлил жизнь старым мышам на 100 дней

«Оземпик» продлил жизнь старым мышам на 100 дней

Ученых шокировала змея, охотящаяся с помощью фальшивого паука на хвосте

Ученых шокировала змея, охотящаяся с помощью фальшивого паука на хвосте

Стартап Hylenr Technologies заявил об обнаружении 32 элементов после эксперимента с ядерным синтезом

Стартап Hylenr Technologies заявил об обнаружении 32 элементов после эксперимента с ядерным синтезом

ООН предупредила: глобальное потепление вскоре превысит критический порог в 1,5 °C

ООН предупредила: глобальное потепление вскоре превысит критический порог в 1,5 °C

Состоялся запуск новейшего космического телескопа NASA

Состоялся запуск новейшего космического телескопа NASA

20 лет назад Плутон перестал быть планетой — почему с этим до сих пор не все согласны?

20 лет назад Плутон перестал быть планетой — почему с этим до сих пор не все согласны?

15 технологий древности, которыми человечество пользуется до сих пор

15 технологий древности, которыми человечество пользуется до сих пор

Семь самых больших машин в истории: гиганты весом в тысячи тонн и длиной в километры

Семь самых больших машин в истории: гиганты весом в тысячи тонн и длиной в километры

В МГУ научились предсказывать разрушение вертолетных лопастей

В МГУ научились предсказывать разрушение вертолетных лопастей

Виртуальный мозг мухи научили торговать криптовалютой

Виртуальный мозг мухи научили торговать криптовалютой

Почему роботы умеют делать сальто, но до сих пор не могут нормально сложить рубашку

Почему роботы умеют делать сальто, но до сих пор не могут нормально сложить рубашку

NASA и IBM создали ИИ для поиска льда и неизвестных объектов на Луне

NASA и IBM создали ИИ для поиска льда и неизвестных объектов на Луне