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物理學家解決了困擾20年的問題-玻璃表面如何像液體一般流動

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【新三才编译首发】滑鐵盧大學的物理學家已經成功地量測到玻璃材料的表面如何像液體一樣流動,即使它們其實是固體。

一系列簡單而優雅的實驗解決了這個在過去的20年一直困擾著凝態物理學家的問題。

了解玻璃表面的流動性對於薄膜塗層的設計和製造有所幫助,也可以明瞭奈米元件和電路在應用上的最小極限。

這項研究是由滑鐵盧大學的詹姆斯.弗萊斯特教授和博士生玉柴所領導的研究小組,以及其它大學的研究人員共同開展的一個計畫的高峰。

他們的開創性研究發表在<科學>期刊。

“玻璃是一種神奇的材料,在低溫下它們是固體,在高溫下它們是液體,而在中間溫度時則介在兩者之間。”弗萊斯特教授說。“玻璃狀聚合物的表面在低於玻化轉變溫度時不應該有液體流動的現象,但它們確實有。問題是為什麼。”

玻璃不僅僅是玻璃瓶和窗戶的原料。事實上,任何固體都可以被認為是一種玻璃狀材料-只要它沒有排列整齊的晶格結構。所以金屬,小分子和聚合物都可以作成玻璃狀材料。

聚合物-所有塑料的組成物質-幾乎都是玻璃狀而非結晶體。此材料在一個狹窄的溫度範圍內從脆性固體轉化成熔融液體,而此範圍內也包括所謂的玻化轉變溫度。

在一系列的實驗中,弗萊斯特和他的同事用非常薄的聚苯乙烯片堆積成約100納米高的”階梯”-約為人的頭髮粗細的0.001%。然後他們測量了這些”階梯”,它們隨著時間的推移變短,變寬,邊緣輪廓也變得不清楚。

這種階梯表面的簡單二維結構,讓物理學家可以利用數值方法,模擬在玻化轉變溫度時表面上下的幾何結構的改變。

結果表明,在轉變溫度以上,聚苯乙烯完全像液體一樣流動;但低於該溫度,聚合物變成表面上有薄液態層的固體。

能夠計算出奈米結構隨著時間推移出現的改變及狀態,令科學家在奈米技術日常實用化的目標上更邁進了一步。

(新三才编译,转载请注明新三才)

(译自sciencedaily.com,责任编辑: 张弘)

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