Ученые разгадали секрет аномальной прочности стекла

Оконное стекло или стакан могут разбиться довольно легко, но твердое стекло на самом деле намного более жесткое и прочное, чем должно быть технически, если рассматривать его молекулярный состав.

Теперь ученые подошли ближе к раскрытию источника этой секретной силы.

Используя недавно разработанную компьютерную модель, чтобы выяснить, как атомные частицы в стекле могут удерживать его вместе, несмотря на отсутствие традиционно упорядоченной структуры, новое исследование показывает, что эти частицы могут поставить на место несущий силу каркас до того, как стекло полностью остынет. нестабильное, вязкое состояние.

Расчеты показали, что каркас частиц, воспринимающих деформации внутри вязкого стекла, успешно соответствует порогу перколяции — точке, в которой эта сеть частиц становится достаточно плотной, чтобы поддерживать материал и сохранять его прочностью.

Когда гранулированный материал сжимается так сильно, что он образует твердое тело — представьте, например, уплотнение песчинок — исследователи описывают полученное твердое тело как «застрявшую систему» . Эти системы имеют некоторое сходство с тем, что происходит в охлаждающем стекле, и команда использовала свою компьютерную модель для сравнения этих двух.

«При нулевой температуре заблокированная система будет демонстрировать дальние корреляции напряжения из-за ее внутренней просачивающейся сети», — говорит физик Хуа Тонг из Шанхайского университета Цзяо Тонг в Китае.

«Это моделирование показало, что то же самое верно и для стекла, даже до того, как оно полностью остынет».

Стекло является частью группы аморфных твердых тел , у которых отсутствуют нормальный дальний порядок и структура решетки в их атомах и молекулах, которые встречаются в кристаллах, несмотря на то, что они столь же прочны в охлажденной форме.

Вместо этого небольшая часть всех частиц воспринимает напряжение посреди общего хаоса и беспорядка с микроскопической точки зрения. Тем не менее, эти частицы, несущие силу, должны сначала распространиться или просочиться через материал, и это исследование подчеркивает, как происходит это просачивание, когда материал претерпевает стеклование .

Ученые объясняют, что частицы в этой критической сети должны быть связаны как минимум двумя прочными связями, и в этот момент может образоваться сеть, которая связывает всю систему вместе, даже если большая часть молекулярной структуры неупорядочена.

Стекло — один из самых интересных материалов для ученых, не в последнюю очередь потому, что он сильно меняется в зависимости от того, нагревается оно или охлаждается. Это может даже представлять новое состояние вещества при очень низких температурах.

Исследования даже показали, что стекло явно бросает вызов законам термодинамики , опровергая научные прогнозы о том, как оно должно вести себя в определенных условиях. Все эти открытия делают изучение стекла не только само стекло, но и все, что мы понимаем как истина в физике .

Разработка более жесткого, более жесткого и долговечного стекла полезна во всех видах продуктов, от кухонной посуды до смартфонов, и исследователи надеются, что их результаты приведут к новым практическим инновациям в этом материале, а также к более подробным лабораторным испытаниям.

«Наши открытия могут открыть путь к лучшему пониманию аморфных твердых тел с механической точки зрения», — говорит физик Хадзиме Танака из Токийского университета.

aobe.ru | Актуальные новости России и мира