Glazen zijn een raadsel onder vaste fasen. Net als kristallijne vaste stoffen zijn ze hard, maar in tegenstelling tot kristallen zijn ze amorf op moleculaire schaal. Door deze structurele stoornis elk stuk glas is technisch niet in evenwicht, en uniek. Als resultaat, zijn eigenschappen zijn niet alleen afhankelijk van de chemische ingrediënten, maar over hoe het werd gekoeld.

Hun vormeloosheid maakt het lastig om een ​​bril te beschrijven met een algemeen model. Nutsvoorzieningen, echter, een team onder leiding van de Universiteit van Osaka heeft simulaties gebruikt om het uitgloeien (afkoelen of samendrukken) van een glas te verbinden met zijn mechanische reactie op spanning. Vooral, hun studie—gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang - gericht op twee belangrijke statistieken van solide gedrag, elasticiteit en plasticiteit.

Wanneer vervormd door schuifspanning, een "elastische" vaste stof keert terug naar zijn oorspronkelijke vorm nadat de spanning is opgeheven. Kunststoffen, in tegenstelling tot, hun nieuwe vorm blijvend behouden. Dit contrast tussen "omkeerbare" en "onomkeerbare" veranderingen heeft implicaties voor hoe materialen reageren op mechanische krachten - in het lichaam, bij technische toepassingen, en zelfs op geologische schaal.

"We hebben een dichte verzameling colloïden gemodelleerd - een soort amorfe vaste stof - gemaakt van harde bollen, ", zegt co-auteur Hajime Yoshino van de studie. "De bollen vertegenwoordigen geen echte moleculen, maar ze laten wel zien of zulke dichte glazen elastisch zijn. We simuleerden hoe ze reageerden op afschuiving en normale spanningen. Onze grote supercomputers hebben voor het eerst de spanningsfasediagrammen van glasvormers volledig in kaart gebracht. om hun reologie te onderzoeken."

Elk glas toonde vier basistrends. Onder kleine spanningen waren ze perfect elastisch. Bij hogere spanningen werden ze gedeeltelijk plastisch, het niet herstellen van de oorspronkelijke staat toen de vervorming gedeeltelijk werd opgeheven. Uiteindelijk worden ze geconfronteerd met een van de twee tegengestelde lotsbestemmingen bij grotere spanningen:totale mislukking door te breken (opgeven) om stress te verminderen, of volledige stop door vastlopen (overbelast raken). Het gebied tussen meegeven en vastlopen op het fasediagram gedefinieerd waar het originele glas stabiel bleef.

"We kunnen de reacties begrijpen als die van stabiele, gedeeltelijk stabiele en onstabiele glazen, ", legt hoofdauteur Yuliang Jin uit. "Interessant is dat de grootte van het vaste gebied - en de stabiele subzone - hangt af van hoe goed het glas was gegloeid. Beter gegloeide glazen hebben een grotere kans op vastlopen onder afschuiving. Ons werk is het eerste dat aantoont dat het uiteindelijke lot van een glas onder schuifspanning zowel meegevend als vastlopen kan zijn."

Gecondenseerde zachte materie wordt overal in de technologie en in de natuur aangetroffen, bijvoorbeeld in schuim, emulsies en biologische weefsels. Omdat zulke gecondenseerde zachte materie, zoals glas, is amorf, een dieper begrip van hoe de eigenschappen van glazen kunnen worden aangepast, kan een bredere impact hebben op het materiaalontwerp.