과학

액체 유리는 스며 나오는 가장 새로운 기괴한 물질 상태입니다.

2024

크립토나이트 그리고 카이버 크리스탈 공상 과학(그리고 가상의 행성에서)에서 가장 놀라운 자연 발생 물질처럼 보일 수도 있지만 바로 여기 지구에 있는 것들은 더 이상해질 수 있습니다.

그것은 녹은 유리가 아니며 고체도 액체도 아닙니다. 그러나 과학자들은 이제 액체 유리로 알려진 물질의 새로운 상태 . 개별 입자는 이동할 수 있지만 회전할 수는 없습니다. 액체 유리는 다음에서 발생합니다. 콜로이드 , 한 물질이 다른 물질을 통해 분산되어 있지만 어떤 물질도 용액이나 현탁액처럼 분리되거나 침전되지 않습니다. 특정 콜로이드가 충분히 조밀해지면 구조가 이 유리 상태가 됩니다. 구조가 다시 주문될 때까지 그대로 유지됩니다.

독일 콘스탄츠 대학의 물리학자 Matthias Fuchs와 화학자 Andreas Zumbusch는 스스로 만든 콜로이드를 사용하여 실험실에서 액체 유리 상태를 유도했습니다. 한 번도 실험한 적이 없는 모양의 입자를 사용한 후, 유리 전이 그리고 가치 있는 것을 얻었다 슈퍼맨 또는 스타 워즈 .

타원체 콜로이드의 현탁액은 예상치 못한 물질 상태를 형성합니다. 즉, 회전은 동결되고 병진은 유체로 유지되는 액체 유리, Fuchs 및 Zumbusch 최근에 발표된 연구에서 말했다. PNAS . 이미지 분석은 지금까지 알려지지 않은 네마틱 전구체를 이 상태의 특징적인 구조 요소로 드러냅니다. 이러한 분지 클러스터의 상호 방해는 액정 질서를 방해합니다.

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Fuchs와 Zumbusch는 이 현상을 자세히 살펴보았을 때 한 가지 중요한 문제에 직면했습니다. 지금까지 연구된 모든 콜로이드는 방향이 없는 구형 입자를 포함했습니다. 누군가가 각 입자에 미세한 화살표를 그리는 감사하지 않은 작업을 원하지 않는 한 시작과 끝이 없기 때문에 구가 어디를 향하고 있는지 알 수 없습니다. 과학자들이 대신 한 것은 고분자 화학을 사용하여 작은 플라스틱 입자(아직도 원자나 분자보다 큼)를 생성한 다음 타원형 모양으로 늘이는 것이었습니다. 그런 다음 이들을 용매에 통합하여 콜로이드를 생성했습니다.

광학 현미경에서 입자는 거의 믿을 수 없는 이전에 볼 수 없었던 배열을 나타내는 위치와 움직임의 변화를 보여주었습니다.

결정 구조가 형성되기 위해서는 그것이 바로 정렬된 구조를 가져야 합니다. 유리는 고체처럼 느껴질 수 있지만 실제로는 고체도 액체도 아니기 때문에 기이합니다. 유리가 매우 천천히 아래로 스며들기 때문에 오래된 창유리의 바닥이 상단보다 약간 더 두꺼운 것을 알 수 있습니다. 일부 액정은 네마틱 유리 상태에 도달한 후. 이것은 분자가 평행하고 떠 다닐 수는 있지만 회전할 수 없음을 의미합니다. 회전할 수 없다는 것은 고체 결정 구조를 얻기 위한 올바른 방법으로 스스로를 조종하고 재배열할 수 없다는 것을 의미합니다.

타원체 입자가 있는 액체 유리는 자연이나 기술에서 실제로 일어나는 일을 더 잘 반영합니다. 두 상황 모두 완벽하게 구형인 입자가 너무 많이 발생하지 않으며, 그런 일이 발생하면 입자의 방향 부족으로 인해 이 이상한 물질 상태의 시뮬레이션과 실제 발생이 더 어려워질 것입니다. 입자의 농도를 변경함으로써 과학자들은 그렇지 않았다면 피할 수 있었던 움직임과 회전의 변화를 볼 수 있었습니다. 그들은 회전이 동결될 때 특정 밀도에서 유리 상태가 발생하는 것을 보았습니다.

이것은 결정 형성이 중단된다는 것을 의미하지 않습니다. 액체 유리는 콜로이드의 입자가 비슷한 방향으로 붙어 클러스터를 형성하고 서로 방해가 되는 한 지속됩니다. 입자가 다시 회전하기에 충분한 에너지와 적절한 압력 및 부피를 갖게 되면 올바른 순서로 스스로 재배열되기 시작하면서 액체 유리 상태에서 액정으로 이동합니다.

액체 유리 상태는 평형 임계 상관 관계와 임계 감속 대 유리 형성 간의 상호 작용이 현미경으로 연구될 수 있는 오랫동안 추구해 온 패러다임을 제공할 수 있습니다. Fuchs와 Zumbusch는 말했다. .