當要使用透明而具質感的材料,很多開發者第一時間會考慮到玻璃。而雖然我們對這個材料很熟悉,但對科學家來說,玻璃是有趣而複雜的物質,因為其並非像其他物質一樣由液態轉換固態才定型,而是分子以不規則的狀態凝結形成的穩定狀態。

玻璃
手工玻璃製程,圖來自《文博會特輯 : 玻璃產品的製造工藝

一般來說,液態定義是分子可以自由流動;而固態就是分子依序排列好的晶體狀態。而玻璃在液態與固態間有無定形的玻璃態,玻璃態的狀況下分子有許多不規則的排列,並且凝固在適當的位置。

而最近德國康斯坦茨大學的研究人員重新定義玻璃物質狀態,將玻璃介於液體過渡到固體之間的狀態稱之 “Liquid Glass”(暫譯:液態玻璃)。

手工玻璃製程,圖為加點製造拍攝

先備知識:在科學上,玻璃的定義較為廣泛,是指加熱到液態時會出現像是玻璃一般的無定形固體,因此有許多材料都符合這類條件,包括一些金屬合金、離子鹽類、水溶液及聚合物。

為了瞭解其物質變化,康斯坦茨大學的研究團隊以客製化的橢圓形的膠體懸浮液模型系統來研究(這個膠體有許多和玻璃材質相似的特性),因為膠體懸浮液混合物的固體顆粒大於原子或分子(大小為微米),因此更容易以光學顯微鏡來觀察變化,並且不使用常見的圓形膠體,而是橢圓形膠體,也是為了看出粒子們是否有改變方向。

以圖像表示顯微鏡下橢圓形粒子的位置和方向

當研究團隊用不同粒子濃度來觀察粒子移動和旋轉時,他們發現其物質狀態:單一粒子能夠移動但無法旋轉,導致局部粒子簇相互阻塞影響移動,因此物質無法有序地排列形成,這個並非如液體狀態自由流動;也非固體一般排序整齊的物質狀態,被定義稱之為 “Liquid Glass”,而日常所見的玻璃多是以此物質狀態存在,而熔融狀的玻璃則會被定義為液體。

這項研究對於化學界來說更清楚定義玻璃與其相似材料的物質狀態,並且可以在其上面多些研究,如磁化、鋼化。此研究團隊由康斯坦茨大學的化學系教授 Andreas Zumbusch 和物理系教授 Matthias Fuchs 帶領,被發表在美國期刊《Proceedings of the National Academy of Sciences》。

資料來源:University of Konstanz

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最後修改日期: 8 1 月, 2021