陳根：液態(tài)玻璃遭科學(xué)證實(shí)，二十年來第一次

【中玻網(wǎng)】雖然玻璃是我們?nèi)粘Ｉ钪衅毡槭褂玫牟牧�，但它同時(shí)也存在難解的科學(xué)問題。與人們可能預(yù)期的相反，玻璃的真實(shí)性質(zhì)仍然是個(gè)科學(xué)謎題，對其化學(xué)和物理性質(zhì)的科學(xué)研究仍在進(jìn)行中。

　　事實(shí)上，在化學(xué)和物理學(xué)中，玻璃一詞本身就是一個(gè)可變的概念：它包括我們所知的窗玻璃物質(zhì)，但它也可以指一系列其他材料，這些材料的性質(zhì)可以通過類似玻璃的行為來解釋，例如，包括金屬、塑料、蛋白質(zhì)，甚至生物細(xì)胞。

　　雖然玻璃可能會給人留下印象，但它絕不是傳統(tǒng)的固體。通常，當(dāng)一種物質(zhì)從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)時(shí)，分子排列成一排形成晶體圖案。在玻璃中，這種情況不會發(fā)生。相反，在結(jié)晶發(fā)生之前，分子被有效地凍結(jié)在原地。這種奇怪和無序的狀態(tài)是不同系統(tǒng)玻璃的特征，科學(xué)家們?nèi)栽谠噲D理解這種亞穩(wěn)態(tài)究竟是如何形成的。

　　現(xiàn)在，來自康斯坦茨大學(xué)的科學(xué)家們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一種玻璃的新的物質(zhì)狀態(tài)——液體玻璃，此次發(fā)現(xiàn)的液態(tài)玻璃具有從前未知的結(jié)構(gòu)元素，這也提出了關(guān)于玻璃及其轉(zhuǎn)變性質(zhì)的新見解。

　　值得一提的是，膠體懸浮液是含有固體顆粒的混合物或流體，其尺寸為微米（百萬分之一米）或更大，比原子或分子大，因此非常適合用光學(xué)顯微鏡進(jìn)行研究。迄今為止，大多數(shù)涉及膠體懸浮液的實(shí)驗(yàn)都依賴于球形膠體。然而，大多數(shù)自然和技術(shù)系統(tǒng)是由非球形粒子組成的。

　　此次研究中，研究小組利用聚合物化學(xué)方法制造出小塑料顆粒，拉伸并冷卻它們，直到它們變成橢球狀，然后將它們放入合適的溶劑中。由于其獨(dú)特的形狀，使得研究人員的粒子更具有方向性。

　　研究人員接著改變懸浮液中的粒子濃度，并用共焦顯微鏡跟 蹤粒子的平移和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。在一定的粒子密度下，定向運(yùn)動凍結(jié)，而平移運(yùn)動持續(xù)存在，導(dǎo)致粒子聚集形成具有相似定向的局部結(jié)構(gòu)的玻璃態(tài)。研究人員稱之為液態(tài)玻璃是這些團(tuán)簇相互阻礙，并介導(dǎo)特征性長程空間相關(guān)性的結(jié)果。這些阻止了液晶的形成，這將是熱力學(xué)所期望的物質(zhì)的整體有序狀態(tài)。

　　事實(shí)上，研究人員觀察到的是兩種相互競爭的玻璃轉(zhuǎn)變——一種是規(guī)則相變，另一種是非平衡相變——相互作用。研究人員認(rèn)為，從理論的高度來看，這是一個(gè)非常有趣的現(xiàn)象。此次實(shí)驗(yàn)為臨界漲落和玻璃狀停止之間的相互作用提供了證據(jù)，而科學(xué)界對此已經(jīng)關(guān)注了相當(dāng)長一段時(shí)間——幾十年來，液態(tài)玻璃的預(yù)測一直是理論上的推測。

　　結(jié)果進(jìn)一步表明，類似的動力學(xué)可能在其他玻璃形成系統(tǒng)中起作用，因此可能有助于闡明復(fù)雜系統(tǒng)和分子的行為，從非常�。ㄉ铮┑椒浅４螅ㄓ� 宙學(xué)）。它還可能影響液晶器件的發(fā)展。相關(guān)研究結(jié)果已發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》（PNAS）上。