Glazen hebben een vloeistofachtige ongeordende structuur maar solide-achtige mechanische eigenschappen. Dit leidt tot een van de centrale mysteries van glazen:waarom stromen ze niet als vloeistoffen? Deze vraag is zo belangrijk dat deze is geselecteerd door het tijdschrift Wetenschap in 2005 als een van de 125 sleutels, onbeantwoorde wetenschappelijke vragen, en een van de 11 onopgeloste belangrijke fysieke problemen.

We kunnen de bewegingen van atomen nauwelijks waarnemen op een schaal van ~0,1 nanometer en een tijdschaal van ~1 nanoseconde. Gelukkig, echter, wetenschappers hebben ontdekt dat colloïdale systemen vergelijkbaar fasegedrag hebben als atomaire systemen. Colloïden worden beschouwd als grote "atomen" die microscopische informatie onthullen over faseovergangen die niet gemakkelijk uit atomaire materialen kunnen worden verkregen.

In het afgelopen decennium, colloïdale glazen hebben veel belangstelling getrokken, resulterend in tal van belangrijke ontdekkingen. Echter, de meeste van deze onderzoeken gaan over bolvormige deeltjes die de neiging hebben om lokale of middellange kristallijne structuren te vormen. Helaas, dergelijke studies zijn niet algemeen toepasbaar, aangezien de meeste glazen niet uit bollen bestaan ​​en geen kristallijne structuur hebben.

Om dit probleem tegen te gaan, Onderzoekers van het Institute of Mechanics van de Chinese Academie van Wetenschappen en de Hong Kong University of Science and Technology hebben onlangs voor het eerst experimentele studies uitgevoerd op glasachtige systemen die zijn samengesteld uit niet-sferische deeltjes.

De onderzoekers ontdekten dat de monolagen van monodisperse ellipsoïden goede glasvormers zijn en geen lokale kristallijne structuren vormen. Dus, ze bieden een ideaal en algemeen systeem voor het detecteren van de structurele oorsprong van vertragende dynamiek naarmate de glasovergang nadert.

In feite, glasvormers hebben sterke dynamische heterogeniteiten, d.w.z., sommige regio's bewegen snel en andere langzaam. Deze resultaten laten zien dat structuren met een lage structurele entropie goed overeenkomen met langzame dynamiek, terwijl snel ontspannende (stromende) regio's een hoge structurele entropie hebben.

In glazen samengesteld uit bolvormige deeltjes, sommige veelvlakkige structuren werden meestal beschouwd als verantwoordelijk voor de langzame dynamiek. Echter, een soort veelvlak bestaat alleen in bepaalde stelsels van bollen. Structurele entropie meet het niveau van wanorde in een structuur, waaronder verschillende specifieke lokale structuren, bijv. virous veelvlakken die bestaan ​​in systemen die zijn samengesteld uit bollen. Dus, de lage structurele entropie is een algemeen structureel kenmerk van langzame dynamiek in glasachtige materie, die geldt in systemen die zijn samengesteld uit sferen en niet-sferen.

In aanvulling, de onderzoekers observeerden Ising-achtig kritisch gedrag op een ideaal glasovergangspunt in zowel statische structuren als langzame dynamiek. Dergelijk gedrag is een kwantitatief kenmerk van thermodynamische overgang dat verklaart of glasovergang puur dynamisch of thermodynamisch (structureel) is, aangezien er geen ordeningsstructuren in glazen zijn.

"De observatie van kritisch gedrag in ellipsoïde glazen levert veel meer solide kwantitatief bewijs van de thermodynamische aard van glasovergang, " zei Wang Yuren, corresponderende auteur van de studie. "De resultaten werpen een nieuw licht op zowel de mysteries van de glastheorie als het ontwerpen van materialen met een hoge stabiliteit en glasvormend vermogen."