2012-12-11

製造玻璃的新方法

A new way of making glass
http://phys.org/news/2012-11-glass.html

November 9, 2012

(Phys.org) --(德國)Dusseldorf 大學與(英國)Bristol 大學的合作研究團隊發現一種製造玻璃的新方法,此法控制物質內的原子如何彼此環繞排列。這些研究今日發表在 Physical Review Letters 上。

把某一液體冷卻至其熔點之下時,它不是結晶化就是轉變成某種玻璃。玻璃是一種奇特的物質狀態:它具有固體的力學特性,卻又像液體般為非晶質結構(amorphous structure)。

在 1952 年這麼久以前,Bristol 大學的 Sir Charles Frank 爭論道,玻璃的結構不該像液體般全然無序,而應該是充滿著像雙帽方邊反棱柱體(bicapped square antiprism)那樣的多面體(polyhedra)。

雖然這樣的基調(motifs)不久之前才在玻璃物質的實驗與電腦模擬中被發現,不過這些在「液體如何變成一種(玻璃般)固體」中扮演什麼樣的角色目前仍不清楚。

Dusseldorf 與 Bristol 研究者在電腦中促進(encouraging)熔融鎳--磷合金中的原子形成圖案化多面體(pictured polyhedron),從而創造出一種新型玻璃。當這些多面體形成時,液體不再流動 -- 它已經變成了固體。換言之,他們發現,並非透過冷卻,而是藉由改變某液體的結構,可使其轉變成某種玻璃。

Bristol 大學的 Dr Paddy Royall 表示:"我們所開發的方法利用了液體的電腦模擬,在 Bristol 大學的 BlueCrystal 超級電腦上跑,在此原子受到驅使,會形成更多多面體。"

"雖然有更多多面體形成,原子的排列仍然無序,不會像結晶體那樣,出現週期性排列。這意味著所形成的固體必定是某種玻璃。"

Heinrich-Heine-Universitat, Dusseldorf(譯註:即 Dusseldorf 大學)的 Dr Thomas Speck 表示:"這些結果意味著「結構」能控制某物質是液體或固體,也因而開啟了設計新玻璃的途徑:例如金屬玻璃(metallic glasses),其輕量與強硬許諾令人振奮的應用,而硫族玻璃(chalcogenide glasses,硫屬化合物玻璃)那用於記憶體應用與相變化記憶體(phase switch memory,譯註:一般用 Phase-change memory)中,一種可能的未來資料儲存技術。"

※ 相關報導:

* First-Order Phase Transition in a Model Glass Former: Coupling of Local Structure and Dynamics
http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.109.195703
Thomas Speck, Alex Malins, and C. Patrick Royall
Phys. Rev. Lett. 109, 195703 (2012) [5 pages]
doi: 10.1103/PhysRevLett.109.195703
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