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两位材料科学家呼吁重新思考玻璃的定义。重新定义应将玻璃描述为与液体更类似的非平衡非结晶状态。当材料工程师Edgar Zanotto在玻璃技术大会上发表谈话时，他可能不会预料到他将引发关于玻璃质材料性质的激烈辩论。尽管人类使用玻璃约6000年，仍然似乎违背了定义：玻璃是刚性的，像结晶固体一样破裂，但它也像液体一样流动。虽然在典型的窗用玻璃中这种运动太慢，不能观察到，但一些玻璃仍然可以足够快地以允许测量的范围流动。 现在，来自巴西圣卡洛斯联邦大学的Zanotto和玻璃制造公司Corning的John Mauro正在努力改变玻璃状态的教科书定义，通常教科书里会将玻璃称为非结晶固体。研究人员认为，玻璃应该被分类为冷冻液体，因为它的结构与其说是接近结晶状态倒不如说更接近于过冷液体。 玻璃像液体一样，在重力的作用下放松和变形，而固体仅在外部压力下变形。此外，所有的玻璃质材料最终会凝固成结晶材料。如果玻璃结构已经稳固，那这个阶段过渡是不可能产生的。玻璃的流动和凝固在人类时间尺度上看都非常缓慢，这在某种程度上解释了为什么玻璃很长时间里被认为是一个坚实的固体。 人类时间尺度和无限时间尺度下观察的现象不同 （来源：J. Non-Cryst. Solids） 提出更新教科书的适度建议 非专业人士提出的新的玻璃定义是： “玻璃是一种非平衡的、非结晶状态的物质，它在短时间内看起来是固体的，但是朝着液体状态持续放松。” 这两位材料科学家还有更详细的定义： “玻璃是展现玻璃化转变的非平衡非结晶浓缩状态的物质。玻璃的结构类似于他们的母体过冷液体（parent supercooled liquids，SCL），并且它们向SCL状态自发放松。经历无限时间的极限（limit of infinite time）之后，他们的终极命运，是结晶。” 玻璃分子排列理论假想 在玻璃形成过程中，类似液体的排列究竟是怎么固定下来的？对于这个问题，科学家们提出了许多理论来解释。美国芝加哥大学的科学家们提出了自由体积理论。该理论认为，液体中存在许多原子排布必要体积之外的多余体积，这些体积无需附加能量而可以重新分布，因此称之为自由体积。随着温度降低，原子的自由体积也随之降低，当自由体积到达某个临界值时，即形成玻璃。 20世纪80年代出现的模态耦合理论被认为是最有用的描述玻璃转变理论。模态耦合理论的可以归结为“笼子效应”：液体中每个粒子都位于一个由其近邻粒子所形成的笼子里，笼子的稳定性随温度降低反而增加。一旦温度接近临界温度，笼子稳定性大增，寿命将趋于无限大。在具高流动性的液体中，粒子除了在笼子里做常规振动和随机“飘动”外，其所在的笼子也同时随周围粒子重排而改变。当温度低于临界温度，笼子的寿命会变无限大，使得冻结成玻璃时，其粒子的无序排列状态被保存下来。 除这些理论外，科学家们在试验中也有一些新发现。美国物理学家进行的实验显示，原子以有序结构聚集，可形成岛状物。这些岛状物，似乎可阻止液体变固体，而让液体原子保持一种混乱状态。玻璃态物质的发现及应用，还有相关研究已经历了漫长历史。然而，有关玻璃态物质的本质及其基本规律仍存在诸多问题，值得继续研究。也许不久之后，随着介观尺度的研究加深，关于玻璃形成、流动原理，我们可以得到一个清晰的认识和满意的答案。 论文链接： http://linkinghub./retrieve/pii/S0022309317302685 https://journals./prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.110.265901 了解更多最全、最新论文快讯 登录CBG官网（www.chembeango.com） 下载ChemBeanGo APP CBG资讯 ∣知识就是力量 |
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