Only Perception: 製造玻璃的新方法

2012-12-11

製造玻璃的新方法

A new way of making glass
http://phys.org/news/2012-11-glass.html

November 9, 2012

(Phys.org) --（德國）Dusseldorf 大學與（英國）Bristol 大學的合作研究團隊發現一種製造玻璃的新方法，此法控制物質內的原子如何彼此環繞排列。這些研究今日發表在 Physical Review Letters 上。

把某一液體冷卻至其熔點之下時，它不是結晶化就是轉變成某種玻璃。玻璃是一種奇特的物質狀態：它具有固體的力學特性，卻又像液體般為非晶質結構（amorphous structure）。

在 1952 年這麼久以前，Bristol 大學的 Sir Charles Frank 爭論道，玻璃的結構不該像液體般全然無序，而應該是充滿著像雙帽方邊反棱柱體（bicapped square antiprism）那樣的多面體（polyhedra）。

雖然這樣的基調（motifs）不久之前才在玻璃物質的實驗與電腦模擬中被發現，不過這些在「液體如何變成一種（玻璃般）固體」中扮演什麼樣的角色目前仍不清楚。

Dusseldorf 與 Bristol 研究者在電腦中促進（encouraging）熔融鎳--磷合金中的原子形成圖案化多面體（pictured polyhedron），從而創造出一種新型玻璃。當這些多面體形成時，液體不再流動 -- 它已經變成了固體。換言之，他們發現，並非透過冷卻，而是藉由改變某液體的結構，可使其轉變成某種玻璃。

Bristol 大學的 Dr Paddy Royall 表示："我們所開發的方法利用了液體的電腦模擬，在 Bristol 大學的 BlueCrystal 超級電腦上跑，在此原子受到驅使，會形成更多多面體。"

"雖然有更多多面體形成，原子的排列仍然無序，不會像結晶體那樣，出現週期性排列。這意味著所形成的固體必定是某種玻璃。"

Heinrich-Heine-Universitat, Dusseldorf（譯註：即 Dusseldorf 大學）的 Dr Thomas Speck 表示："這些結果意味著「結構」能控制某物質是液體或固體，也因而開啟了設計新玻璃的途徑：例如金屬玻璃（metallic glasses），其輕量與強硬許諾令人振奮的應用，而硫族玻璃（chalcogenide glasses，硫屬化合物玻璃）那用於記憶體應用與相變化記憶體（phase switch memory，譯註：一般用 Phase-change memory）中，一種可能的未來資料儲存技術。"

※ 相關報導：

＊ First-Order Phase Transition in a Model Glass Former: Coupling of Local Structure and Dynamics
http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.109.195703