13 thg 2023, XNUMX (Tin tức Nanowerk) Các nhà nghiên cứu từ Đại học Autònoma de Barcelona và ICN2 đã phát triển một phương pháp giúp lần đầu tiên có thể quan sát dưới kính hiển vi, trong thời gian thực, điều gì xảy ra khi thủy tinh được nung nóng và chuyển sang pha lỏng siêu lạnh, được gọi là "chuyển đổi thủy tinh". Nghiên cứu được công bố trên Vật lý tự nhiên (“Kính hiển vi thời gian thực về độ giãn của kính”), có tầm quan trọng lớn đối với việc bảo quản lạnh protein, tế bào và mô sống, để sản xuất thuốc và thiết bị điện tử, cũng như đối với kỹ thuật mô, trong đó quá trình chuyển đổi từ thủy tinh sang chất lỏng này đóng vai trò chính.
Hình ảnh nếp gấp bề mặt gây ra bởi quá trình chuyển đổi thủy tinh lần đầu tiên thu được qua kính hiển vi lực nguyên tử. (Hình ảnh: UAB/ICN2) Thủy tinh là một vật liệu rắn có cấu trúc hỗn loạn đến mức nó có thể được coi là một chất lỏng có độ nhớt cực cao. Nó được tìm thấy trong các cửa sổ kính trong suốt và kính màu, trong màn hình ti vi và thiết bị di động, trong sợi quang học, trong vật liệu nhựa công nghiệp, cũng như ở trạng thái protein, cấu trúc tế bào và mô sống khi được đông lạnh để bảo quản lạnh.
Mặc dù rất phổ biến nhưng rất khó để phát triển các lý thuyết và mô hình có thể giải thích chi tiết hành vi của chúng. Cơ chế mà chất lỏng nguội đi và chuyển thành thủy tinh, và ngược lại, cơ chế thủy tinh chuyển thành chất lỏng khi được nung nóng, hiện vẫn chưa được hiểu đầy đủ.
Các nhà vật lý vẫn chưa chắc liệu đây có phải là sự chuyển pha hay không và thủy tinh có thể được coi là một trạng thái nhiệt động khác biệt với trạng thái lỏng và rắn; hoặc liệu thủy tinh chỉ đơn giản là một chất lỏng siêu lạnh – được làm lạnh dưới nhiệt độ đóng băng nhưng vẫn giữ được các đặc tính của chất lỏng – mà các nguyên tử hoặc phân tử của chúng có rất ít tính linh động.
Một trong những khó khăn lớn trong việc hiểu quá trình này nằm ở thách thức hiển thị nó qua kính hiển vi với độ phân giải đủ, vì cấu trúc của chất lỏng siêu lạnh và thủy tinh hầu như không thể phân biệt được.
Một nhóm do các nhà nghiên cứu từ Khoa Vật lý của Đại học Autònoma de Barcelona (UAB) và Viện Khoa học Nano và Công nghệ Nano Catalan (ICN2) dẫn đầu, với sự tham gia của UPC và IMB-CNM-CSIC, đã trình bày một phương pháp mới điều đó giúp có thể quan sát trực tiếp dưới kính hiển vi những gì xảy ra trong thủy tinh khi nó được nung nóng trên nhiệt độ chuyển hóa thủy tinh, được gọi là quá trình "thư giãn" biến thủy tinh thành chất lỏng.
Các nhà nghiên cứu đã làm việc với thủy tinh hữu cơ siêu ổn định, được điều chế thông qua quá trình bốc hơi nhiệt. Chúng đặc hơn và có độ ổn định động học và nhiệt động cao hơn so với thủy tinh thông thường thu được trực tiếp từ chất lỏng. Không giống như thủy tinh thông thường, như đã thấy cho đến nay, chuyển sang trạng thái lỏng trên toàn cầu mà không có sự phân biệt rõ ràng giữa các vùng khác nhau của vật liệu, loại thủy tinh siêu ổn định này chuyển sang trạng thái lỏng siêu lạnh theo cách tương tự như chất rắn kết tinh thực hiện khi chúng chuyển sang trạng thái lỏng siêu lạnh. trạng thái lỏng, với sự hình thành các vùng pha lỏng lớn dần lên. Đây là một quá trình đã được mô tả gián tiếp bằng các phép đo nhiệt lượng nano và chỉ được quan sát thấy trong các mô hình tính toán.
Cristian Rodriguez Tinoco, nhà nghiên cứu cho biết: “Trước đây, người ta đã suy ra từ những mô hình này rằng các khu vực pha lỏng được tạo ra có sự phân tách khác thường giữa chúng khi nói đến thủy tinh siêu bền, nhưng điều này chưa bao giờ được quan sát trực tiếp”. UAB và ICN2.
Phương pháp mới được phát triển để quan sát quá trình chuyển đổi này bao gồm việc kẹp thủy tinh siêu ổn định vào giữa hai lớp thủy tinh có nhiệt độ chuyển đổi cao hơn. Khi lớp thủy tinh siêu bền được nung nóng trên nhiệt độ chuyển tiếp của nó, sự mất ổn định xảy ra trên bề mặt được chuyển sang các lớp bên ngoài của bánh sandwich và có thể được quan sát trực tiếp bằng kính hiển vi lực nguyên tử.
“Đây là những chuyển động và lực nén rất nhỏ, cỡ vài nanomet khi quá trình biến đổi bắt đầu, nhưng đủ lớn để có thể đo chính xác bằng kính hiển vi loại này, theo dõi tại chỗ các biến dạng bề mặt xuất hiện trên nhiệt độ chuyển đổi,” nghiên cứu sinh tiến sĩ Marta Ruiz Ruiz giải thích.
Công việc cho phép theo dõi quá trình phá hủy kính trong thời gian thực. Nó cho phép định lượng động lực của quá trình phục hồi trong các tinh thể siêu ổn định đối với chất lỏng siêu lạnh bằng cách đo trực tiếp khoảng cách giữa các miền chất lỏng xuất hiện, đồng thời quan sát sự biến dạng của bề mặt và sự tiến hóa của nó theo thời gian. Bằng cách này, có thể xác nhận khoảng cách giữa các khu vực chất lỏng lớn khác thường như thế nào trong loại kính này và mối tương quan của những khoảng cách này với thang thời gian của vật liệu, như dự đoán của các mô hình tính toán.
“Mô tả vi mô mà chúng tôi đã đạt được lần đầu tiên có thể so sánh trực tiếp giữa các mô hình tính toán và thực tế vật lý.
Hình ảnh nếp gấp bề mặt gây ra bởi quá trình chuyển đổi thủy tinh lần đầu tiên thu được qua kính hiển vi lực nguyên tử. (Hình ảnh: UAB/ICN2) Thủy tinh là một vật liệu rắn có cấu trúc hỗn loạn đến mức nó có thể được coi là một chất lỏng có độ nhớt cực cao. Nó được tìm thấy trong các cửa sổ kính trong suốt và kính màu, trong màn hình ti vi và thiết bị di động, trong sợi quang học, trong vật liệu nhựa công nghiệp, cũng như ở trạng thái protein, cấu trúc tế bào và mô sống khi được đông lạnh để bảo quản lạnh.
Mặc dù rất phổ biến nhưng rất khó để phát triển các lý thuyết và mô hình có thể giải thích chi tiết hành vi của chúng. Cơ chế mà chất lỏng nguội đi và chuyển thành thủy tinh, và ngược lại, cơ chế thủy tinh chuyển thành chất lỏng khi được nung nóng, hiện vẫn chưa được hiểu đầy đủ.
Các nhà vật lý vẫn chưa chắc liệu đây có phải là sự chuyển pha hay không và thủy tinh có thể được coi là một trạng thái nhiệt động khác biệt với trạng thái lỏng và rắn; hoặc liệu thủy tinh chỉ đơn giản là một chất lỏng siêu lạnh – được làm lạnh dưới nhiệt độ đóng băng nhưng vẫn giữ được các đặc tính của chất lỏng – mà các nguyên tử hoặc phân tử của chúng có rất ít tính linh động.
Một trong những khó khăn lớn trong việc hiểu quá trình này nằm ở thách thức hiển thị nó qua kính hiển vi với độ phân giải đủ, vì cấu trúc của chất lỏng siêu lạnh và thủy tinh hầu như không thể phân biệt được.
Một nhóm do các nhà nghiên cứu từ Khoa Vật lý của Đại học Autònoma de Barcelona (UAB) và Viện Khoa học Nano và Công nghệ Nano Catalan (ICN2) dẫn đầu, với sự tham gia của UPC và IMB-CNM-CSIC, đã trình bày một phương pháp mới điều đó giúp có thể quan sát trực tiếp dưới kính hiển vi những gì xảy ra trong thủy tinh khi nó được nung nóng trên nhiệt độ chuyển hóa thủy tinh, được gọi là quá trình "thư giãn" biến thủy tinh thành chất lỏng.
Các nhà nghiên cứu đã làm việc với thủy tinh hữu cơ siêu ổn định, được điều chế thông qua quá trình bốc hơi nhiệt. Chúng đặc hơn và có độ ổn định động học và nhiệt động cao hơn so với thủy tinh thông thường thu được trực tiếp từ chất lỏng. Không giống như thủy tinh thông thường, như đã thấy cho đến nay, chuyển sang trạng thái lỏng trên toàn cầu mà không có sự phân biệt rõ ràng giữa các vùng khác nhau của vật liệu, loại thủy tinh siêu ổn định này chuyển sang trạng thái lỏng siêu lạnh theo cách tương tự như chất rắn kết tinh thực hiện khi chúng chuyển sang trạng thái lỏng siêu lạnh. trạng thái lỏng, với sự hình thành các vùng pha lỏng lớn dần lên. Đây là một quá trình đã được mô tả gián tiếp bằng các phép đo nhiệt lượng nano và chỉ được quan sát thấy trong các mô hình tính toán.
Cristian Rodriguez Tinoco, nhà nghiên cứu cho biết: “Trước đây, người ta đã suy ra từ những mô hình này rằng các khu vực pha lỏng được tạo ra có sự phân tách khác thường giữa chúng khi nói đến thủy tinh siêu bền, nhưng điều này chưa bao giờ được quan sát trực tiếp”. UAB và ICN2.
Phương pháp mới được phát triển để quan sát quá trình chuyển đổi này bao gồm việc kẹp thủy tinh siêu ổn định vào giữa hai lớp thủy tinh có nhiệt độ chuyển đổi cao hơn. Khi lớp thủy tinh siêu bền được nung nóng trên nhiệt độ chuyển tiếp của nó, sự mất ổn định xảy ra trên bề mặt được chuyển sang các lớp bên ngoài của bánh sandwich và có thể được quan sát trực tiếp bằng kính hiển vi lực nguyên tử.
“Đây là những chuyển động và lực nén rất nhỏ, cỡ vài nanomet khi quá trình biến đổi bắt đầu, nhưng đủ lớn để có thể đo chính xác bằng kính hiển vi loại này, theo dõi tại chỗ các biến dạng bề mặt xuất hiện trên nhiệt độ chuyển đổi,” nghiên cứu sinh tiến sĩ Marta Ruiz Ruiz giải thích.
Công việc cho phép theo dõi quá trình phá hủy kính trong thời gian thực. Nó cho phép định lượng động lực của quá trình phục hồi trong các tinh thể siêu ổn định đối với chất lỏng siêu lạnh bằng cách đo trực tiếp khoảng cách giữa các miền chất lỏng xuất hiện, đồng thời quan sát sự biến dạng của bề mặt và sự tiến hóa của nó theo thời gian. Bằng cách này, có thể xác nhận khoảng cách giữa các khu vực chất lỏng lớn khác thường như thế nào trong loại kính này và mối tương quan của những khoảng cách này với thang thời gian của vật liệu, như dự đoán của các mô hình tính toán.
“Mô tả vi mô mà chúng tôi đã đạt được lần đầu tiên có thể so sánh trực tiếp giữa các mô hình tính toán và thực tế vật lý.
- Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Trao quyền cho chính mình. Truy cập Tại đây.
- PlatoAiStream. Thông minh Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
- Trung tâmESG. Ô tô / Xe điện, Than đá, công nghệ sạch, Năng lượng, Môi trường Hệ mặt trời, Quản lý chất thải. Truy cập Tại đây.
- BlockOffsets. Hiện đại hóa quyền sở hữu bù đắp môi trường. Truy cập Tại đây.
- nguồn: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=63330.php
