研究人员发现物质的新状态:液态玻璃

2022-02-23 / 作者:猫咪资讯 / 来源:网络整理 / 阅读:636 /
内容摘要:
德国和荷兰的科学家团队使用一种叫做共焦显微镜的技术,发现椭球形胶体的悬浮液形成了一种意想不到的物质状态,一种液体玻璃,在这种状态下,单个粒子能够移动,但不能旋转。椭球胶体的扫描电子显微镜图像。插图显示了共聚焦显微镜图像,突出了核壳结构。比例尺& # 8211;5 μm影像学分:R......

德国和荷兰的科学家团队使用一种叫做共焦显微镜的技术,发现椭球形胶体的悬浮液形成了一种意想不到的物质状态,一种液体玻璃,在这种状态下,单个粒子能够移动,但不能旋转。

Scanning electron microscope image of the ellipsoidal colloids. Inset shows a confocal microscopy image, highlighting the core-shell structure. Scale bar - 5 μm. Image credit: Roller et al., doi: 10.1073/pnas.2018072118.

椭球胶体的扫描电子显微镜图像。插图显示了共聚焦显微镜图像,突出了核壳结构。比例尺& # 8211;5 μm影像学分:Roller等,doi: 10.1073/pnas.2018072118

来自康斯坦茨大学化学系的合著者安德烈亚斯·祖姆布施教授和他的同事说:“胶体粒子的悬浮液在自然界和技术中广泛传播,并且已经被深入研究了一个多世纪。”。

当这种悬浮液的密度增加到很高的体积分数时,它们的结构动力学往往在形成有序结构之前就被限制在无序的玻璃态

“迄今为止,大多数实验都是使用球形胶体进行的。然而,最近人们对合成胶体作为材料构建模块的兴趣,导致了许多用于合成具有特定几何形状和相互作用的胶体颗粒的新技术的发展。”

在他们的实验中,Zumbusch教授和合著者专注于椭球形聚甲基丙烯酸甲酯胶体。

“由于它们独特的形状,我们的粒子有方向,而不是球形粒子,这导致了全新的和以前未研究过的复杂行为,”Zumbusch教授解释说。

利用共聚焦激光扫描显微镜,研究人员记录了6000多个椭球粒子的三维位置和方向的时间发展。

“在特定的粒子密度下,定向运动冻结,而平移运动持续,导致玻璃态,粒子聚集形成具有相似方向的局部结构,”Zumbusch教授说。

“我们所称的液态玻璃是这些团簇相互阻碍并调节特征性长程空间关联的结果。”

“这些阻止了液晶的形成,而液晶是热力学所期望的物质的全局有序状态。”

Computer rendered 3D reconstruction of a subset of a sample volume with the red-green-blue value of the color indicating the particle orientations. Scale bar - 20 μm. Image credit: Roller et al., doi: 10.1073/pnas.2018072118.

计算机渲染的样本体积子集的三维重建,颜色的红-绿-蓝值指示粒子方向。比例尺& # 8211;20 μm影像学分:Roller等,doi: 10.1073/pnas.2018072118

该团队观察到两个玻璃转变& # 8212;规则相变和非平衡相变& # 8212;互相影响。

“从理论角度来看,这非常有趣,”合著者之一、康斯坦茨大学物理系研究员马蒂亚斯·富克斯教授说。

“我们的实验为临界波动和玻璃态停滞之间的相互作用提供了某种证据,科学界已经追求了相当长一段时间。”

" 20年来,对液态玻璃的预测一直是一个理论猜想."

“结果进一步表明,类似的动力学可能在其他玻璃形成系统中起作用,因此可能有助于阐明复杂系统和分子的行为,范围从非常小的(生物)到非常大的(宇宙学)。”

"它也潜在地影响液晶设备的发展."

这一发现发表在《美国国家科学院院刊》的一篇论文中。

_____

rg Roller等人,2021年。椭球胶体悬浮液中液态玻璃的观察。PNAS 118(3):e 2018072118;doi:10.1073/PNAS . 20180 . 722111118005


标签:    研究人员  发现  液体