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                玻璃到底是固體還是液體?

                發布時間:2017.10.25瀏覽次數:

                       玻璃是固體還是液體呢?大家看到標題的時候可能會肯定的說當然是固體了,但其實嚴格來說玻璃并不算固體,它是一種流速相當緩慢的半固體半流體的狀態。

                  西方許多老舊的用了一個多世紀的老教堂的窗玻璃都是上薄下厚,也就是說當一塊平玻璃垂直豎放一百年的時間,它會變得上面較薄、下方變厚,呈現出液態的性質,這和肥皂膜由于重力而致上薄下厚的情況很相似。其實許多科普書和電視科普宣傳片里都講過這個科普知識,不是什么新鮮事了。

                  玻璃并不完全是固體

                  玻璃既不是晶態,也不是非晶態,也不是多晶態,也不是混合態。理論名稱叫玻璃態。玻璃態在常溫下的特點是:短程有序,即在數個或數十個原子范圍內,原子有序排列,呈現晶體特征。長程無序,即再增加原子數量后,便成為一種無序的排列狀態,其混亂程度類似于液體。在宏觀上,玻璃又是一種固態的物質。玻璃就是這樣一種物質。造成玻璃這種結構的原因是:玻璃的粘度隨溫度的變化速度太快,而結晶速度又太慢。當溫度下降,結晶剛剛開始的時候,粘度就已經變得非常大,原子的移動被限制住,造成了這種結果。所以,玻璃態類似于固態的液體,物質中的原子永遠都是處于結晶的過程中。

                  因此,玻璃中的原子位置看似固定,但是原子間依然有作用力促使它具備重新排列的趨勢。并不是一個穩定的狀態,這和石蠟中的原子狀態不同。所以,同樣不是晶體,常溫下,石蠟完全是固體,而玻璃卻可以被看作是粘度大的液體。

                  揭示玻璃非固體之謎

                  研究人員在實驗中,為了觀察微觀原子的真實運動情況,利用較大的膠體微粒模擬原子,并用高倍顯微鏡進行觀察。結果發現,這些粒子形成的凝膠因為構成了二十面體結構而無法形成結晶——這與20世紀50年代布里斯托爾大學的Charles Frank作出的預測相一致。這種結構解釋了為什么玻璃是“玻璃”而不是液體或固體。

                  此次研究對于理解亞穩態材料來說是個重大的突破,它將使進一步開發金屬玻璃等新材料成為可能。另外,如果能夠通過操作使金屬在冷卻時形成玻璃一樣的內部結構,將有可能大大減少金屬缺陷。

                  一些材料在冷卻時會形成結晶,其原子會以高度規則的模式進行排列,稱為“晶格”。不過玻璃在冷卻時,原子擁堵在一起,幾乎隨機排列,妨礙了規則晶格的形成。
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