美科学家将制造悬浮金属液滴揭开玻璃之谜
时间:2017-12-08

  科学家 - 美国科学家将创造悬浮的金属液滴揭示玻璃的奥秘

  美国物理学家正在研究一个中子静电悬浮室,将一滴液态金属悬浮在空气中。

  据美国“生命科学”杂志3月31日报道,美国物理学家正在制造一个中子静电悬浮室,用于悬浮在空气中的一滴液态金属,然后观察金属液滴冷却成玻璃的过程。原子活动。悬浮室将帮助科学家解开玻璃之谜。玻璃是一种令人费解的形式,其材料特性比液体更接近于固体。通过悬浮室实验,物理学家希望更多地了解在将物质从液体转变为玻璃的过程中发生的原子事件。

  我们通常认为玻璃是安装在窗户上的,但事实上,玻璃也是一种物理形式,就像气体,液体或固体一样,所有的液体都可以变成玻璃,只是不同程度的难度圣路易斯华盛顿大学的物理学家肯尼思·凯尔顿(Kenneth Kelton)说:居住在美索不达米亚的人们四千年前就开始使用玻璃,但我们仍然不明白液体如何变成玻璃,这是最有趣的动力学过程。

  本研究中使用的液体是金属如钛,锆,镍,铂和合金(两种或多种金属的混合物)。这些液态金属如果迅速降温,也可以变成玻璃而不是固态。关键问题是这些液态金属必须与其他物质(如容器)接触。使用容器使得液态金属变得更加容易,而不是玻璃。对于这个实验,液态金属必须在真空中浮动而不触及其他任何东西。这是为什么使用悬浮室。

  中子静电悬浮房耗资165万美元,制造于美国田纳西州橡树岭国家实验室投入使用。项目负责人凯尔顿和他的同事橡树岭国家实验室和田纳西大学的爱格米,爱荷华州立大学的阿兰·加尔曼和橡树岭国家实验室的王训立,音译)希望能够在3年左右完成制作和投入投入使用。

  该室将使用电极在金属液滴表面上诱导电荷。之后,电磁场将负责保持液滴悬浮在一个点上。橡树岭国家实验室的另一台机器,一个中子源,将产生以悬浮液滴为目标的中子束。 (中子是电中性的,原子核中的亚原子粒子。)研究人员计划使用中子作为光的替代物,形成一个中子显微镜来研究液体。通过液滴,中子可以与液滴中的原子相互作用。当中子出现在液滴的另一侧时,由于液滴中的原子排列,它们显示出独特的结构。

  凯尔顿说:我们希望室内实验能够给我们提供关于流体从未被研究过的信息。如果原子在液体中移动,我们可以通过中子的通过来了解这个运动。在室温下以固态存在的金属必须暴露在高温下以保持液态。研究人员计划使用激光束照射液体样品以保持加热状态,然后调节激光束的能量以调节温度以将液态金属冷却成玻璃。

  物理学家想要比较不同形式的金属微观结构,以确定什么决定形态差异。凯尔顿说:如果从液体到玻璃的结构差异来看,我们可以找到差异,但差别非常微妙。

  固体具有非常紧密的结构组织,原子经常排列和重复,就像一个积木。随着时间的推移,这个结构还是比较稳定的。相比之下,排列中的液态原子更为混乱,不规则的结构在不断变化。在表面上,玻璃更像一个固体,但内部原子更接近液体。它们也在变化,但速度比固体慢,这就是为什么较厚的玻璃在底部附近较厚。随着时间的推移,玻璃的一些区域在重力的作用下向下泄漏,但是这个过程非常缓慢且难以观察到。

  物理学家说,尽管玻璃中的原子在某种程度上是随机的,但实际上它们似乎比表面更稳定。大多数原子可能被其邻居捕获在一定的位置,对于移动的原子,原子周围的原子也必须移动。因此,玻璃流动的唯一原因是内部大量原子的集体运动。

  凯尔顿和他的团队在悬浮室进行的早期实验表明,原子聚集在一个有序的结构形成岛屿。这些岛似乎干扰固体中形成的较大的结构,它们的存在阻止流体变成固体,使流体处于更杂乱的状态。但研究人员并不同意该岛如何工作,或者这种现象是否存在于所有玻璃杯中。他们希望未来的悬浮实验将提供新的线索。

  美国“生命科学”报告原文(英文)

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