27 ноември 2021
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Пробив към разрешаването на загадката на структурата на стъклото

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 17 юни 2021 в 00:03 63780
Снимка: Pxhere

Стъклото е един от най-често срещания материал, който виждаме всеки ден, но детайлната структура на този неметален и нетечен материал остава загадка за науката.

Изследователски екип, ръководен от учени от Градския Университет от Хонконг (CityU), откри, че аморфното и кристалното метално стъкло имат едни и същи градивни елементи на структурата. И именно свързаността между тези блокове определя разликата между кристалното и аморфното състояние на материала. Констатациите хвърлят светлина върху разбирането на структурата на стъклото.

Стъклото е некристално аморфно твърдо вещество, което има широко практическо и технологично приложение в ежедневието. Освен стъклото със содово-варово-​силициев състав, използвано за прозорци, има много други видове стъкло като металното стъкло. Материалът в стъклена фаза е загадъчен и специален: отвън материалът се държи като твърдо вещество, но отвътре изглежда хаотичен като течност. Така че структурата му отдавна е във фокуса на научните изследвания.

Изследователски екип, ръководен от професор Уан Сюнли (Wang Xunli), професор по физика и ръководител на Катедрата по физика в CityU, открива структурна връзка между стъклено твърдо вещество и неговия кристален аналог, което е пробив в разбирането на детайлната структура на аморфните материал.

Работата е публикувана в Nature Materials.

„Структурата на стъклото е голямо научно предизвикателство“, каза професор Уан.

За разлика от кристалното твърдо вещество, с периодично подреждане (широкообхватна подреденост) от фундаментални градивни елементи, известни като единични клетки, стъкленият материал няма широкообхватна подреденост. Но стъклен материал има подредени структури с малък обхват (2-5 Å) и среден обхват (5-20 Å) и дори с по-големи мащаби. Поради липсата на контраст, произтичаща от аморфния характер на материала, за учените е трудно експериментално да определят естеството на подредеността със среден обхват.

В резултат на това остава научна загадка дали съществува някаква структурна връзка в среден обхват или по-голяма дължина между аморфния материал и неговите кристални аналози. Допълнителното усложняване на въпроса е, че аморфният материал често кристализира във фаза с различен състав, с много различни скрити структурни градивни елементи.

За да преодолее това предизвикателство, екипът улови междинна кристална фаза чрез прецизен контрол на нагряването на метално стъкло (сплав паладий-никел-фосфор (Pd-Ni-P)) при висока температура.

Структурен модел на междинна кубична кристална фаза
(а) Червените сфери са атоми Pd и Ni, а сините представляват атоми P (фосфор). Оранжевият многостен представлява обогатен с Pd малък клъстер, а синият многостен представлява обогатен с Ni малък клъстер. Само част от малките клъстери се виждат. (б). Схематични диаграми, показващи конструкцията на 6M-TTP клъстера от схемата за споделяне на ръбовете. Кредит: Lan, S., Zhu, L., Wu, Z. et al. / DOI: 10.1038 / s41563-021-01011-5

Впоследствие екипът използва различни усъвършенствани техники за анализ на структурата, включително трансмисионна електронна микроскопия с висока разделителна способност, високопрецизна синхротронна рентгенова дифракция и автоматизиран компютърен анализ на изображения. Чрез сравняване на структурите на металното стъкло (което е сплав) в неговите аморфни и междинни кристални състояния, екипът открива, че и двете форми на сплавите споделят един и същ градивен блок, който е конгломерат от 6 тристенни призми (six-membered tricapped trigonal prism или 6M-TTP) ”, състоящи се от атоми паладий, никел и фосфор. Екипът също така стига до заключението, че именно връзката между клъстерите разграничава кристалното и аморфното състояние.

„Нашето експериментално проучване показва, че структурните градивни елементи, свързващи аморфните и кристалните състояния, като клъстерите от тристенни призми метално стъкло Pd-Ni-P, могат да се се подредят до мащабите на средни дължини от порядъка на десетки ангстрьоми (Å), което би могло да бъде универсална характеристика за аморфните материали. Това откритие категорично предполага, че структурата на стъклото се различава от неговия кристален аналог главно по свързаността на структурните градивни елементи“, отбелязва професор Уан.

Изследователите смятат, че разбирането на молекулярната структура на аморфния материал е жизненоважно за проектирането на нови материали, тъй като структурата определя свойствата.

„Нашето експериментално проучване хвърля светлина върху структурата на аморфните материали в по-големи мащаби. Това ще помогне много за усилията ни да разберем структурата на стъклото“, добавя професор Уан.

Справка: “A medium-range structure motif linking amorphous and crystalline states” by Si Lan, Li Zhu, Zhenduo Wu, Lin Gu, Qinghua Zhang, Huihui Kong, Jizi Liu, Ruoyu Song, Sinan Liu, Gang Sha, Yingang Wang, Qi Liu, Wei Liu, Peiyi Wang, Chain-Tsuan Liu, Yang Ren and Xun-Li Wang, 20 May 2021, Nature Materials.
DOI: 10.1038/s41563-021-01011-5

Източник: Scientists Make a Breakthrough Towards Solving the “Grand Scientific” Structural Mystery of Glass, Scitech daily


Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Новини
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.