Avance para resolver el rompecabezas estructural del vidrio

El vidrio es uno de los materiales más comunes que usamos todos los días, pero la estructura detallada de esta sustancia líquida y no metálica siempre ha sido un gran rompecabezas en la ciencia. Un equipo de investigación codirigido por científicos de la City University of Hong Kong (CityU) ha descubierto con éxito que el vidrio mineral amorfo y cristalino tienen los mismos componentes estructurales. Es la conexión entre estos bloques lo que caracteriza el estado cristalino y amorfo de la materia. Los resultados destacan la comprensión de la estructura del vidrio.

El vidrio es un sólido amorfo, amorfo, que tiene amplios usos prácticos y tecnológicos en la vida cotidiana. Además del vidrio de cal sodada que se usa en las ventanas, existen muchos otros tipos de vidrio, como el vidrio mineral. El material de la fase vítrea es ambiguo y distinto: por fuera, el material se comporta como un sólido, pero por dentro parece desorganizado como un líquido. entonces estructura Siempre ha sido el foco de la investigación científica.

Un equipo de investigación dirigido por el profesor Wang Shunli, profesor titular de física y director del Departamento de Física de CityU, ha descubierto un vínculo estructural entre un sólido vítreo y su homólogo cristalino, lo que representa un gran avance en la comprensión de la estructura detallada de lo amorfo. Material. El trabajo fue publicado en materiales de la naturaleza, titulado «Modelo de estructura de rango medio que conecta el estado amorfo y el estado cristalino».

«La estructura del vidrio ha sido un gran desafío científico», dijo el profesor Wang.

A diferencia de un sólido cristalino que consiste en un apilamiento periódico (disposición de largo alcance) de bloques de construcción básicos conocidos como celdas unitarias, una sustancia vítrea no tiene una disposición de largo alcance. Pero un material de vidrio exigía estructuras de poca luz (2^-5 Å) y de rango medio (5.)^-20 Å), e incluso escalas de mayor longitud. Sin embargo, dado que no existe anisotropía causada por la naturaleza amorfa de la materia, ha sido difícil para los científicos determinar empíricamente la naturaleza del orden de rango medio. Como resultado, sigue siendo un misterio científico si existe alguna correlación estructural a escala media o escalas de mayor longitud entre la materia amorfa y sus contrapartes cristalinas. Para agravar el problema es que una sustancia amorfa a menudo cristaliza en una fase de una composición diferente, con componentes básicos completamente diferentes.

Para superar este desafío, el equipo capturó una fase cristalina intermedia controlando cuidadosamente el calentamiento del vidrio metálico (una aleación de paladio, níquel y fósforo (Pd-Ni-P)) a alta temperatura.

Luego, el equipo utilizó varias técnicas avanzadas de análisis de estructuras, incluida la microscopía electrónica de alta resolución, la difracción de rayos X sincrotrón de alta resolución y el análisis automatizado de imágenes por computadora. Al comparar las estructuras de vidrio metálico (aleación) en su estado amorfo e intermedio cristalino, el equipo descubrió que ambas formas de la aleación comparten el mismo bloque de construcción, un grupo prismático tricúspide de seis partes (6M-TTP). de átomos de paladio, níquel y fósforo. El equipo también concluyó que es la comunicación entre grupos lo que caracteriza los estados cristalino y amorfo.

«Nuestro estudio experimental muestra que los bloques de construcción estructural que conectan estados amorfos y cristalinos, como el grupo de prismas triangulares de Pd-Ni-P metálico, pueden extenderse a la escala de longitud de rango medio, del orden de decenas de angstroms (Å). , que puede ser una característica universal de los materiales amorfos. Este hallazgo sugiere fuertemente que la estructura del vidrio difiere de su contraparte cristalina principalmente en la conexión de sus componentes básicos, dijo el profesor Wang.

Los investigadores creen que comprender la estructura molecular del material amorfo es vital para diseñar nuevos materiales porque la estructura determina las propiedades. «Nuestro estudio experimental arroja luz sobre la estructura de los materiales amorfos en escalas de longitud extendida. Esto contribuirá en gran medida a ayudar en nuestros esfuerzos por descubrir la estructura de vidrioAñadió el profesor Wang.

Proporcionado por City University of Hong Kong