化学

液体ガラスは、存在するようににじみ出る最新の奇妙な物質の状態です

2024

クリプトナイトとカイバークリスタルサイエンスフィクション（および架空の惑星）で最も信じられないほど自然に発生する物質のいくつかのように見えるかもしれませんが、ここ地球上のものはさらに奇妙になる可能性があります。

溶けたガラスではなく、固体でも液体でもありませんが、科学者たちは今、液体ガラスとして知られる新しい物質の状態。その個々の粒子は移動できますが、回転することはできません。液体ガラスはで発生しますコロイド、ある物質が別の物質に分散しているが、どちらの物質も溶液や懸濁液のように分離または沈降することはできない。特定のコロイドが十分に密になると、それらの構造はこのガラスの状態にねじ込まれます。構造が再び注文されるまで、その状態が続きます。

ドイツのコンスタンツ大学の物理学者MatthiasFuchsと化学者AndreasZumbuschは、自分たちで作成したコロイドを使用して、実験室で液体ガラスの状態を誘発しました。これまで実験されたことのない形の粒子を使用した後、彼らはガラス転移そして価値のあるものを手に入れました スーパーマン また スターウォーズ 。

楕円体コロイドの懸濁液は、予期しない物質の状態を形成します。これは、並進が流動性を維持しながら回転が凍結する液体ガラス、フックスとザンブッシュです。最近発表された研究で言った PNAS 。 画像解析は、この状態の特徴的な構造要素として、これまで知られていなかったネマチック前駆体を明らかにします。これらの分岐クラスターの相互閉塞は、液晶の秩序を妨げます。

FuchsとZumbuschがこの現象を詳しく調べたとき、彼らは1つの大きな問題に直面しました。これまでに研究されたコロイドには、配向のない球状粒子が含まれていました。球がどこを向いているかを判断することは不可能です。球には始まりも終わりもないので、誰かが各粒子に微細な矢印を描くというありがたい仕事を望まない限り。科学者が代わりに行ったのは、高分子化学を使用して小さなプラスチック粒子（原子や分子よりもまだ大きい）を生成し、それを楕円形に引き伸ばすことでした。次に、これらを溶媒に組み込んでコロイドを作成しました。

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光学顕微鏡下で、粒子は位置と動きの変化を示し、ほとんど信じられないほどのこれまでに見たことのない配置を明らかにしました。

結晶構造を形成するには、それがまさにそれである必要があります—秩序だった構造。ガラスは固体に感じるかもしれませんが、実際には固体でも液体でもないため、奇妙です。古い窓ガラスの下部は、ガラスが非常にゆっくりと下向きににじみ出ているため、上部よりもわずかに厚いことに気付くかもしれません。一部の液晶はネマチックガラス状態に達した後。これは、分子が平行であり、浮かんでいる間は回転できないことを意味します。この回転できないということは、固体の結晶構造を実現するための正しい方法で自分自身を操作および再配置できないことを意味します。

楕円体粒子を含む液体ガラスは、自然や技術で実際に起こっていることをよりよく反映しています。どちらの状況でも、完全に球形の粒子があまり多く発生することはありません。その場合、粒子の配向が不足すると、シミュレーションとこの奇妙な物質の状態の実際の発生を調査するのが難しくなります。粒子の濃度を変えることで、科学者は、そうでなければ粒子を避けていたであろう動きと回転の変化を見ることができました。彼らは、回転が凍結したときに特定の密度でガラス状態が発生することを確認しました。

これは、結晶形成が運命づけられているという意味ではありません。液体ガラスは、コロイド内の粒子が同じ方向に付着し、クラスターを形成して互いに邪魔をする間だけ持続します。粒子が再び回転するのに十分なエネルギーに加えて適切な圧力と体積を持っている場合、粒子は正しい順序で再配列し始めると、液体ガラス状態から液晶状態になります。

液体ガラス状態は、平衡臨界相関と臨界減速対ガラス形成との間の相互作用を顕微鏡で研究することができる、待望のパラダイムを与える可能性があります。フックスとツンブッシュは言った。

それで、これはクリプトナイトが結晶化するときに起こりますか、それとも何ですか？実際のクリプトン人だけが答えを知っているでしょう。