В исследовании, опубликованном в Physical Review Letters, исследователи из Токийского университета выявили структурное происхождение медленной стекловидной динамики, целью которой является понимание того, как жидкость становится более вязкой при охлаждении и может образовывать стекло. Исследователи обнаружили корреляцию между структурой и движением частиц в моделируемых стеклообразующих жидкостях на уровне отдельных частиц и крупномасштабных сборок частиц.
Основная загадка в физике стекла – почему стеклообразующая жидкость становится такой вязкой, прежде чем превратиться в стекло.
Связано ли это необычно медленное движение в жидкости главным образом с изменениями в пространственной структуре, остается неизвестным. Физическая модель, которая воспроизводит, как стеклянные формы помогут разрешить этот спор.
«Мы использовали концепцию взаимной информации, чтобы понять взаимосвязь между локальным расположением частиц и динамикой в стеклообразующих жидкостях», – объясняет ведущий автор исследования Хуа Тонг, который сейчас является доцентом в Шанхайском университете Цзяо Тонг. «Наши результаты показывают, что пространственная структура контролирует уникальное совместное движение частиц, наблюдаемое в стеклообразующих жидкостях."
Исследователи основывали свое моделирование на параметре структурного порядка, который количественно определяет, насколько плотно частицы могут упаковываться вместе. Моделирование было сосредоточено на движениях частиц, связанных с исходным состоянием частиц, i.е., по пространственной структуре.
С помощью концепции взаимной информации моделирование показало, что частицы структурно организуются в сборки, которые движутся медленнее, чем остальные частицы, как это видно в реальном стекле.
«Мы не обнаружили четкой взаимосвязи между потенциальной энергией на уровне частиц и временем релаксации», – говорит Хадзиме Танака, старший автор. "Это говорит о том, что медленная стекловидная динамика в основном контролируется структурным порядком, образованным межчастичными взаимодействиями, включая как отталкивающую, так и притягивающую части."
Это исследование «жидкость-стекло» имеет множество приложений, включая оконные стекла, оптические волокна и улучшенные интеллектуальные сенсорные экраны. Сверхвысокая вязкость стеклообразующего материала очень полезна для деформации его до произвольной формы.
Понимание того, что контролирует вязкость стеклообразующих жидкостей, может значительно улучшить обрабатываемость формы.