Первые прямые наблюдения в режиме реального времени за сверхстабильным стеклом, когда оно «расслабляется» в переохлажденную жидкость, позволило исследователям количественно оценить ранее загадочный процесс, известный как стеклование. Этот переход играет решающую роль во многих областях, включая биомедицинскую криоконсервацию, синтез лекарств, производство электронных устройств и тканевую инженерию, и это лишь несколько примеров. Работа также может иметь значение для солнечных элементов, которые часто имеют покрытие из узорчатого стекла.
Несмотря на вездесущую природу стекла в современных технологиях и нашей повседневной жизни, мы до конца его не понимаем. Хотя стекла кажутся твердыми, их структура сильно разупорядочена, поэтому их иногда рассматривают как жидкости с чрезвычайно высокой вязкостью. Другие загадки касаются того, как жидкости охлаждаются и превращаются в стаканы. наоборот когда стекло нагревают до тех пор, пока оно не расплавится. Является ли этот переход стеклованием отдельным термодинамическим состоянием? Или стекло — это просто переохлажденная жидкость, то есть та, которая сохраняет свои жидкие свойства, несмотря на то, что ее охладили ниже температуры замерзания?
Подобно кристаллическим телам
Чтобы ответить на эти и другие вопросы, оставшиеся без ответа, исследователи из Автономный университет Барселоны (ЗАО), Каталонский институт нанонауки и нанотехнологий (ICN2), Политехнический университет Каталонии (СКП) и Институт микроэлектроники в Барселоне (IMB-CNM) разработали методику микроскопии для непосредственного наблюдения за тем, что происходит, когда сверхстабильное органическое стекло нагревается до температуры, превышающей его температуру стеклования. Этот процесс «расслабления» превращает его в жидкость.
Исследователи решили использовать органическое стекло с химическим названием N,N′-бис(3-метилфенил)-N,N′-дифенилбензидин, потому что он переходит в переохлажденное жидкое состояние так же, как кристаллические твердые вещества. При этом типе перехода образуются крошечные области жидкой фазы, которые затем постепенно увеличиваются. Это контрастирует с обычными стеклами, которые переходят в жидкое состояние по всему объему своей структуры без каких-либо четких границ между различными областями.
Образование жидкости происходит в локальных наноразмерных областях.
Команда из Барселоны ранее косвенно наблюдала этот процесс с помощью нанокалориметрии — метода, позволяющего измерять теплоемкость тонких пленок материала. В новой работе, подробно описанной в Физика природы, исследователи представляют способ наблюдения за ним напрямую.
Для этого они поместили органическое стекло между двумя слоями более жесткого стекла с более высокой температурой плавления. Когда они нагревали слой органического стекла выше его температуры стеклования, механическое напряжение в областях размягченной переохлажденной жидкости вызывало деформацию внешних слоев стекла из-за разницы в коэффициентах теплового расширения между стеклообразными слоями и кремниевой подложкой, на которую наносили. образуется стекло. Эту деформацию, которая проявляется в виде наноразмерных выпуклостей, морщин и выступов, которые постепенно увеличиваются, можно наблюдать с помощью атомно-силового микроскопа (АСМ).
«Поскольку образование жидкости происходит в локальных, наноразмерных областях, наблюдаемое нами гофрирование поверхности также является локальным и напрямую связано с переохлажденной жидкостью под ним», — говорят руководители исследовательской группы. Хавьер Родригес-Вьехо и Кристиан Родригес-Тиноко объяснять. «Методика позволяет нам строить пространственно-временные карты превращения тонкопленочного стекла в его переохлажденную жидкость путем непосредственного измерения расстояний между возникающими жидкими областями. За этим процессом можно следить в режиме реального времени».
Новое окно в «умном» стекле
Родригес-Вьехо добавляет, что наблюдаемый ими стеклование оказалось весьма неоднородным, с большими промежутками между появляющимися жидкими областями. «Это означает, что стекло не превращается сразу по всему объему в переохлажденную жидкость, как мы можем ожидать от обычного стекла с жидкостным охлаждением, а трансформируется в течение периода времени, который в миллион раз медленнее», — объясняет он. «Действительно, наблюдаемый нами процесс каким-то образом имитирует механизм зародышеобразования и роста, например, происходящий при формировании кристаллической фазы в стекле или плавлении поликристалла».
Теперь команда стремится изучить стеклование в меньших масштабах и за более короткие периоды времени, что может потребовать от участников разработки новых процедур и протоколов АСМ. В более долгосрочной перспективе Родригес-Тиноко говорит, что результаты исследования могут помочь улучшить промышленные методы формирования рисунка на стекле, которые используются для изготовления оптических покрытий и контроля шероховатости поверхности таким образом, чтобы увеличить светоотдачу в органических солнечных элементах.
- SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
- PlatoData.Network Вертикальный генеративный ИИ. Расширьте возможности себя. Доступ здесь.
- ПлатонАйСтрим. Интеллект Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
- ПлатонЭСГ. Автомобили / электромобили, Углерод, чистые технологии, Энергия, Окружающая среда, Солнечная, Управление отходами. Доступ здесь.
- ПлатонЗдоровье. Биотехнологии и клинические исследования. Доступ здесь.
- ЧартПрайм. Улучшите свою торговую игру с ChartPrime. Доступ здесь.
- Смещения блоков. Модернизация права собственности на экологические компенсации. Доступ здесь.
- Источник: https://physicsworld.com/a/physicists-make-first-direct-observations-of-a-glass-relaxing-into-a-supercooled-liquid/
