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玻璃既不是晶態(tài),也不是非晶態(tài),也不是多晶態(tài),也不是混合態(tài)。理論名稱叫玻璃態(tài)。玻璃態(tài)在常溫下的特點是:短程有序,即在數(shù)個或數(shù)十個原子范圍內,原子有序排列,呈現(xiàn)晶體特征;長程無序,即再增加原子數(shù)量后,便成為一種無序的排列狀態(tài),其混亂程度類似于液體。在宏觀上,玻璃又是一種固態(tài)的物質。
玻璃就是這樣一種物質。造成玻璃這種結構的原因是:玻璃的粘度隨溫度的變化速度太快,而結晶速度又太慢。當溫度下降,結晶剛剛開始的時候,粘度就已經變得非常大,原子的移動被限制住,造成了這種結果。所以,玻璃態(tài)類似于固態(tài)的液體,物質中的原子永遠都是處于結晶的過程中。
因此,玻璃中的原子位置看似固定,但是原子間依然有作用力促使它具備重新排列的趨勢。并不是一個穩(wěn)定的狀態(tài),這和石蠟中的原子狀態(tài)不同。所以,同樣不是晶體,常溫下,石蠟*是固體,而玻璃卻可以被看作是粘度極大的液體。
在實驗中,為了觀察微觀原子的真實運動情況,研究人員利用較大的膠體微粒模擬原子,并用高倍顯微鏡進行觀察。結果發(fā)現(xiàn),這些粒子形成的凝膠因為構成了二十面體結構而無法形成結晶——這與20世紀50年代布里斯托爾大學的Charles Frank作出的預測相*。這種結構解釋了為什么玻璃是“玻璃”而不是液體或固體。
此次研究對于理解亞穩(wěn)態(tài)材料來說是個重大的突破,它將使進一步開發(fā)金屬玻璃等新材料成為可能。另外,如果能夠通過操作使金屬在冷卻時形成玻璃一樣的內部結構,將有可能大大減少金屬缺陷。 [5] (科學網 梅進/編譯)
玻璃表面看上去是固體,實際上并不是。50多年來,科學家一直在嘗試弄清玻璃的本質。英國、澳大利亞及日本的科學家聯(lián)合研究發(fā)現(xiàn),玻璃無法成為固體的原因在于玻璃冷卻時所形成的特殊的原子結構。相關論文將在線發(fā)表于《自然—材料學》(Nature Materials)上。
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