What If Love

扫一扫关注微信二维码 风犬少年的天空

中国科大在玻璃形成能力研究中取得重要进展

发稿时间:2019-07-07浏览次数:631

我系徐(xu)宁教授研究组(zu)在双组(zu)分材料(liao)体系的玻璃形成能力的研究中取得(de)了重(zhong)要进展,相关成果2020年6月(yue)24日在线发表于《自然通讯》(Nature Communications)。


液(ye)体(ti)在快速降温(wen)或(huo)加压的(de)(de)情况下会避开结(jie)晶而形(xing)成(cheng)过冷(leng)液(ye)体(ti),并可能(neng)在更低的(de)(de)温(wen)度下形(xing)成(cheng)玻(bo)璃(li)(li)(li)(li)。玻(bo)璃(li)(li)(li)(li)是典型的(de)(de)非晶固体(ti),结(jie)构与液(ye)体(ti)相(xiang)似(si),在形(xing)成(cheng)过程中(zhong)也没有典型的(de)(de)相(xiang)变特征(zheng),因此,玻(bo)璃(li)(li)(li)(li)的(de)(de)本质(zhi)是长期困扰凝(ning)聚态物理和材(cai)料科学界的(de)(de)一个难题。几乎(hu)所(suo)有的(de)(de)液(ye)体(ti)在特定条(tiao)件下都(dou)可以形(xing)成(cheng)玻(bo)璃(li)(li)(li)(li),然而,不(bu)同(tong)的(de)(de)材(cai)料形(xing)成(cheng)玻(bo)璃(li)(li)(li)(li)的(de)(de)能(neng)力有显著的(de)(de)差异。探索玻(bo)璃(li)(li)(li)(li)形(xing)成(cheng)能(neng)力的(de)(de)控(kong)制因素对于玻(bo)璃(li)(li)(li)(li)材(cai)料的(de)(de)制备、理解(jie)玻(bo)璃(li)(li)(li)(li)化转变和玻(bo)璃(li)(li)(li)(li)的(de)(de)本质(zhi)有重(zhong)要的(de)(de)意义。


由(you)单一(yi)原(yuan)子或颗粒构(gou)(gou)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)体系(xi),由(you)于(yu)(yu)易(yi)结晶,玻(bo)璃形(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)能力一(yi)般很(hen)差。化合物(wu)或不同(tong)组(zu)分组(zu)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)材料由(you)于(yu)(yu)组(zu)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)单元结构(gou)(gou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)复杂(za)性以及在(zai)尺寸(cun)等方面的(de)(de)(de)(de)(de)(de)差异,可以形(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)几何结构(gou)(gou)阻挫(cuo)来阻碍结晶,从而(er)利于(yu)(yu)玻(bo)璃的(de)(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)。在(zai)众多玻(bo)璃形(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)体系(xi)中,较(jiao)为简单的(de)(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)类是由(you)两种粒径(jing)不同(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)圆球构(gou)(gou)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)模型体系(xi)(简称双分散体系(xi)),研究(jiu)(jiu)表明,这种体系(xi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)玻(bo)璃形(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)能力与(yu)两种组(zu)分的(de)(de)(de)(de)(de)(de)粒径(jing)比和占比有关。以往的(de)(de)(de)(de)(de)(de)研究(jiu)(jiu)主要基(ji)于(yu)(yu)几何阻挫(cuo)(熵效(xiao)应(ying))来探讨(tao)影响(xiang)(xiang)玻(bo)璃形(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)能力的(de)(de)(de)(de)(de)(de)因素,能量效(xiao)应(ying)对(dui)玻(bo)璃形(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)能力的(de)(de)(de)(de)(de)(de)影响(xiang)(xiang)讨(tao)论得较(jiao)少。


徐(xu)宁(ning)研(yan)究(jiu)组以双分散(san)体(ti)(ti)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)为研(yan)究(jiu)对象,采用(yong)了两(liang)(liang)类(lei)(lei)被(bei)广(guang)泛使用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)粒子(zi)间(jian)(jian)(jian)相互(hu)作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)势(shi):纯排斥的(de)(de)(de)(de)(de)Harmonic和(he)Lennard-Jones作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)势(shi)。这两(liang)(liang)类(lei)(lei)作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)势(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)差(cha)(cha)(cha)异(yi)(yi)(yi)在于:当粒子(zi)间(jian)(jian)(jian)距为零时,Harmonic作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)势(shi)依(yi)(yi)(yi)然(ran)有(you)(you)限(xian)(xian)(我们因此称其(qi)为软芯作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)势(shi)),而Lennard-Jones作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)势(shi)趋(qu)于无穷。正是由于这种(zhong)差(cha)(cha)(cha)异(yi)(yi)(yi),两(liang)(liang)类(lei)(lei)作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)势(shi)体(ti)(ti)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)的(de)(de)(de)(de)(de)熔(rong)化(hua)(hua)(hua)、玻璃(li)(li)化(hua)(hua)(hua)转(zhuan)(zhuan)变(bian)(bian)等(deng)固-液(ye)转(zhuan)(zhuan)变(bian)(bian)温(wen)度(du)(du)(du)(du)有(you)(you)截(jie)然(ran)不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)压(ya)(ya)强(qiang)依(yi)(yi)(yi)赖:Lennard-Jones体(ti)(ti)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)的(de)(de)(de)(de)(de)转(zhuan)(zhuan)变(bian)(bian)温(wen)度(du)(du)(du)(du)随压(ya)(ya)强(qiang)单调(diao)增加(jia),而Harmonic体(ti)(ti)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)则(ze)会出现非(fei)单调(diao)变(bian)(bian)化(hua)(hua)(hua)并出现转(zhuan)(zhuan)变(bian)(bian)温(wen)度(du)(du)(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)极大值(zhi)。该(gai)研(yan)究(jiu)发(fa)现,由于这种(zhong)差(cha)(cha)(cha)异(yi)(yi)(yi),Lennard-Jones体(ti)(ti)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)的(de)(de)(de)(de)(de)玻璃(li)(li)形成(cheng)能力(li)在高密度(du)(du)(du)(du)区(qu)(qu)明(ming)显(xian)强(qiang)于Harmonic体(ti)(ti)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)。简单的(de)(de)(de)(de)(de)量纲分析表(biao)(biao)明(ming),双分散(san)体(ti)(ti)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)中的(de)(de)(de)(de)(de)两(liang)(liang)类(lei)(lei)组分会体(ti)(ti)会到不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)有(you)(you)效熔(rong)化(hua)(hua)(hua)温(wen)度(du)(du)(du)(du),从而形成(cheng)熔(rong)化(hua)(hua)(hua)温(wen)度(du)(du)(du)(du)差(cha)(cha)(cha),该(gai)熔(rong)化(hua)(hua)(hua)温(wen)度(du)(du)(du)(du)差(cha)(cha)(cha)对压(ya)(ya)强(qiang)的(de)(de)(de)(de)(de)依(yi)(yi)(yi)赖关系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)可以用(yong)来理解Harmonic和(he)Lennard-Jones体(ti)(ti)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)在高密度(du)(du)(du)(du)区(qu)(qu)玻璃(li)(li)形成(cheng)能力(li)的(de)(de)(de)(de)(de)差(cha)(cha)(cha)异(yi)(yi)(yi):如果熔(rong)化(hua)(hua)(hua)温(wen)度(du)(du)(du)(du)差(cha)(cha)(cha)与(yu)压(ya)(ya)强(qiang)呈线(xian)(xian)性(xing),体(ti)(ti)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)将(jiang)维持(chi)低压(ya)(ya)极限(xian)(xian)下的(de)(de)(de)(de)(de)玻璃(li)(li)形成(cheng)能力(li),否(fou)则(ze),玻璃(li)(li)形成(cheng)能力(li)将(jiang)变(bian)(bian)弱(ruo)(ruo);Harmonic体(ti)(ti)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)与(yu)Lennard-Jones体(ti)(ti)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)相比(bi),熔(rong)化(hua)(hua)(hua)温(wen)度(du)(du)(du)(du)有(you)(you)显(xian)著的(de)(de)(de)(de)(de)非(fei)线(xian)(xian)性(xing)压(ya)(ya)强(qiang)依(yi)(yi)(yi)赖。因此,该(gai)研(yan)究(jiu)表(biao)(biao)明(ming),表(biao)(biao)征非(fei)平(ping)衡(heng)体(ti)(ti)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)性(xing)质的(de)(de)(de)(de)(de)玻璃(li)(li)形成(cheng)能力(li)与(yu)热力(li)学(xue)平(ping)衡(heng)温(wen)度(du)(du)(du)(du)有(you)(you)潜在的(de)(de)(de)(de)(de)关联,从而建(jian)立起了非(fei)平(ping)衡(heng)和(he)平(ping)衡(heng)体(ti)(ti)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)的(de)(de)(de)(de)(de)联系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)。该(gai)研(yan)究(jiu)同(tong)时给(ji)出了通过调(diao)节作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)势(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)强(qiang)弱(ruo)(ruo)来调(diao)控玻璃(li)(li)形成(cheng)能力(li)的(de)(de)(de)(de)(de)新方案,并且指出,熔(rong)化(hua)(hua)(hua)温(wen)度(du)(du)(du)(du)和(he)压(ya)(ya)强(qiang)之间(jian)(jian)(jian)有(you)(you)好的(de)(de)(de)(de)(de)线(xian)(xian)性(xing)关系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)的(de)(de)(de)(de)(de)材料有(you)(you)利于玻璃(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)形成(cheng)。


双(shuang)分(fen)散Harmonic粒子体系形成的(de)(de)固体结(jie)构随压(ya)(ya)(ya)强(qiang)的(de)(de)变(bian)化(hua)。黄色(se)和蓝色(se)用来区(qu)分(fen)两(liang)种不同粒径(jing)的(de)(de)粒子,从左(zuo)往右压(ya)(ya)(ya)强(qiang)递增。可以(yi)看出,随着压(ya)(ya)(ya)强(qiang)增大,两(liang)种粒子的(de)(de)分(fen)离越发明显,表明玻璃形成能力变(bian)弱。


审稿人评论说:“这篇文章研(yan)究(jiu)的(de)主(zhu)题非(fei)常有(you)趣,是(shi)(shi)最先仔细(xi)研(yan)究(jiu)压强效应(ying)的(de)代表(biao)工(gong)作之(zhi)一(yi)。量(liang)纲分析(xi)有(you)趣而(er)且原创,特别是(shi)(shi)与(yu)粒子刚度(du)之(zhi)间(jian)的(de)联系。The  topic of the manuscript is of great interest, and the results obtained  here represent one of the first studies in which pressure effects are  carefully examined. The dimensional analysis is interesting and  original, particularly in relation to the particle stiffness.)”;“我赞赏(shang)这项(xiang)工作的原创性(xing),它揭示(shi)了(le)两种组分的有效(xiao)温(wen)度和精心设计(ji)的能量阻(zu)挫可以优化玻(bo)璃形成能力。I  appreciate the originality of this work, which reveals that the  effective temperatures of the two species and well-tailored energy  frustration can optimize TGA.)”。

该工作(zuo)(zuo)的第一作(zuo)(zuo)者(zhe)(zhe)是聂(nie)运欢,通讯作(zuo)(zuo)者(zhe)(zhe)是徐宁教授。这项(xiang)工作(zuo)(zuo)得到了国(guo)家(jia)自然(ran)科学基(ji)金(jin)委的支持。


(物(wu)理学院、科研部)


xml地图 | sitemap地图
海绵宝宝
分享到:QQ空间新浪微博腾讯微博人人网微信
张家齐夺金后说还想要芭比娃娃 千古玦尘 觉醒年代 郑州7名牺牲党员干部名单公布 mg 逆战 Without Me 日媒称水谷隼是世界乒乓第一人 德黑兰 老年版APP兴起唐山大地震45周年 富豪界的终极内卷 偶像练习生 修罗武神烟火里的尘埃 私生饭 雅阁 减肥减出世界冠军 十宗罪 极限挑战宝藏行 喜羊羊与灰太狼 建军大业 王牌对王牌 喜羊羊与灰太狼 修罗武神烟火里的尘埃 铠甲勇士 奔跑吧 梦幻西游 镇魂街 只是太爱你 张家齐陈芋汐夺金 逆天邪神 金球奖 中国金牌九宫格 今年盛夏气候预测 心动的信号 What If Love 革命者 第五人格 千古玦尘 非必要不进出瑞丽 吞噬星空 丰田 悬崖之上 穿越火线 革命者 不说再见 冬奥会 天天向上 比亚迪 植物大战僵尸 杨幂 庆余年 cba直播 红旗 奥特曼 造梦西游3 5566 | 下一页
Baidu
sogou
百度 搜狗 360