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玻璃形成普遍理论的进展

时间：2022-04-06 08:58:06来源：

东京大学的科学家使用计算机模拟来模拟元素组成对金属混合物玻璃形成能力的影响，这可能导致坚韧，导电玻璃。

东京大学工业科学研究所的研究人员使用了分子动力学计算来模拟金属混合物的玻璃形成能力。他们表明，即使在冷却时，组合物的甚至很小都会强烈影响材料在冷却时呈现结晶与玻璃状的可能性。这项工作可能导致玻璃形成和更便宜的通用理论，更具弹性导电玻璃。

如果您有重要的客人过来吃饭，您可以使用昂贵的“水晶”眼镜将桌子设置。然而，对于科学家来说，水晶和玻璃实际上是两个非常不同的状态，液体可能在冷却时呈现。晶体具有定义的三维晶格结构，其无限期地重复，而玻璃是缺乏长距离排序的无定形固体。目前玻璃形成的理论不能准确地预测哪些金属混合物将“玻璃化”形成玻璃，其将结晶。在为机械坚韧的导电材料设计新配方时，对玻璃形成的更好更全面的了解将是一个很大的帮助。

现在，东京大学的研究人员使用了三种原型金属系统的计算机模拟来研究玻璃形成过程。“我们发现，与玻璃相反，多组分系统形成晶体的能力可能会因对组成的微小修改而被破坏，”首次作者元超胡说。

简单地说，玻璃形成是在冷却时避免结晶的材料的结果。这将原子锁定为“冷冻”状态，然后才能将自己组织成它们的能量最小化模式。模拟表明，确定结晶速率的关键因素是液晶界面能量。

研究人员还发现，元素组合物的变化可以导致局部原子排序，这使得与晶体通常形式不相容的布置的结晶过程挫败。具体地，这些结构可以防止微小的晶体作为“种子”，其核成核的样品中有序区域的生长。与先前的解释相比，科学家指出液体和晶相之间的化学电位差异对玻璃形成的效果很小。

“这项工作代表了我们对玻璃化基本物理机制的理解，”高级作者Hajime Tanaka表示。“该项目的结果还可以帮助玻璃制造商设计具有某些所需特性的新型多组分系统，例如弹性，韧性和导电性。”

参考：2020年12月11日的袁昭胡和哈司天塔纳卡的多组分系统的玻璃形成的物理来源，科学推进.DOI：
10.1126 / sciadv.abd2928

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