Glas is zo'n veelgebruikt materiaal dat je er waarschijnlijk niet veel over nadenkt. Het zal je misschien verbazen te horen dat onderzoekers vandaag de dag nog steeds niet begrijpen hoe glas wordt gevormd. Dit uitzoeken is belangrijk voor de glasindustrie en vele andere verrassende toepassingen van glas.

Een centrale puzzel in de glasfysica is waarom een ​​glasvormende vloeistof zo stroperig wordt voordat het een glas vormt. Of deze ongebruikelijk langzame beweging in een vloeistof vooral te wijten is aan veranderingen in de ruimtelijke structuur is onbekend. Een fysiek model dat reproduceert hoe glasvormen dit debat zouden helpen oplossen.

In een studie gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven , onderzoekers van de Universiteit van Tokio hebben een structurele oorsprong van langzame glazige dynamiek onthuld. Hun onderzoek was gericht op het begrijpen hoe een vloeistof bij afkoeling stroperiger wordt en een glas kan vormen. De onderzoekers vonden de correlatie tussen de structuur en beweging van deeltjes in gesimuleerde glasvormende vloeistoffen op het niveau van individuele deeltjes en grotere deeltjessamenstellen.

"We gebruikten het concept van wederzijdse informatie om de onderlinge relatie tussen lokale deeltjesrangschikking en dynamiek in glasvormende vloeistoffen te begrijpen, " legt hoofdauteur van de studie Hua Tong uit, die nu assistent-professor is aan de Shanghai Jiao Tong University. "Onze resultaten suggereren dat ruimtelijke structuur de unieke coöperatieve deeltjesbeweging regelt die te zien is in glasvormende vloeistoffen."

De onderzoekers baseerden hun simulaties op een structurele ordeparameter die kwantificeert hoe dicht de deeltjes bij elkaar kunnen komen. De simulaties waren gericht op deeltjesbewegingen die toe te schrijven zijn aan de oorspronkelijke staat van de deeltjes, d.w.z., op de ruimtelijke structuur. Met het concept van wederzijdse informatie, de simulaties toonden aan dat deeltjes zich structureel organiseren in samenstellingen die langzamer bewegen dan de rest van de deeltjes, zoals te zien in een echt glas.

"We vonden geen duidelijke relatie tussen potentiële energie op deeltjesniveau en relaxatietijd, " zegt Hajime Tanaka, senior auteur. "Dit suggereert dat langzame glazige dynamiek fundamenteel wordt gecontroleerd door structurele orde gevormd door interacties tussen deeltjes, met inbegrip van zowel de weerzinwekkende en aantrekkelijke delen."

Dit vloeistof-naar-glas onderzoek kent vele toepassingen, inclusief vensterglas, optische vezels en verbeterde slimme aanraakschermen. Ultrahoge viscositeit van een glasvormend materiaal is zeer nuttig om het tot een willekeurige vorm te vervormen. Door te begrijpen wat de viscositeit van glasvormende vloeistoffen regelt, de vormverwerkbaarheid kan sterk worden verbeterd.