Glas är ett så vanligt material att du förmodligen inte tänker så mycket på det. Det kan förvåna dig att lära dig att forskare idag fortfarande inte förstår hur glas bildas. Att räkna ut detta är viktigt för glasindustrin och många andra överraskande tillämpningar av glasögon.

Ett centralt pussel i glasfysik är varför en glasbildande vätska blir så viskös innan det bildas ett glas. Huruvida denna ovanligt långsamma rörelse i en vätska främst kan hänföras till förändringar i rumslig struktur är fortfarande okänt. En fysisk modell som återger hur glasformar skulle hjälpa till att lösa denna debatt.

I en studie publicerad i Fysiska granskningsbrev , forskare från Tokyos universitet har avslöjat ett strukturellt ursprung för långsam glasaktig dynamik. Deras forskning syftade till att förstå hur en vätska blir mer viskös vid kylning och kan bilda ett glas. Forskarna fann korrelationen mellan partiklarnas struktur och rörelse i simulerade glasbildande vätskor på nivån av enskilda partiklar och partikelaggregat i större skala.

"Vi använde begreppet ömsesidig information för att förstå sambandet mellan lokalt partikelarrangemang och dynamik i glasbildande vätskor, "förklarar huvudförfattare till studien Hua Tong, som nu är biträdande professor vid Shanghai Jiao Tong University. "Våra resultat tyder på att rumslig struktur styr den unika kooperativa partikelrörelsen som ses i glasbildande vätskor."

Forskarna baserade sina simuleringar på en strukturell parameter som kvantifierar hur nära partiklarna kan packas ihop. Simuleringarna fokuserade på partikelrörelser som kan tillskrivas partiklarnas ursprungliga tillstånd, d.v.s. på den rumsliga strukturen. Med begreppet ömsesidig information, simuleringarna visade att partiklar strukturellt organiseras i sammansättningar som rör sig långsammare än resten av partiklarna, som sett i ett riktigt glas.

"Vi hittade inget tydligt samband mellan potentiell energi på partikelnivå och avkopplingstid, "säger Hajime Tanaka, senior författare. "Detta tyder på att långsam glasartad dynamik i grunden styrs av strukturell ordning som bildas av interpartikelinteraktioner, inklusive både de motbjudande och attraktiva delarna. "

Denna vätske-till-glas-forskning har många tillämpningar, inklusive fönsterglas, optiska fibrer och förbättrade smarta pekskärmar. Ultrahög viskositet hos ett glasbildande material är mycket användbart för att deformera det till godtycklig form. Genom att förstå vad som styr viskositeten hos glasbildande vätskor, formbearbetbarheten kan förbättras mycket.