Ученые открыли жидкое стекло с ранее неизвестными структурными элементами

Ученые из Университета Констанца (Германия) открыли жидкое стекло с ранее неизвестными структурными элементами. Хотя само стекло уже давно является популярным и всем известным материалом, оно также представляет собой серьезную научную головоломку. Результаты работы были опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Обычно, когда какой-то материал переходит из жидкого в твердое состояние, молекулы выстраиваются в определенную линию и образуют некий кристаллический узор. В стекле такого нет. Там молекулы фактически замораживаются на месте до того, как произойдет кристаллизация. Это странное и неупорядоченное состояние до сих пор является предметом изучения.

Ученые же добавили еще один уровень сложности к стеклянной головоломке. Они использовали модельную систему, которая включает суспензии специально изготовленных эллипсоидных коллоидов. И, сделав это, специалисты обнаружили новое состояние вещества – жидкое стекло, когда отдельные частицы могут двигаться, но не могут вращаться. Такое поведение ранее не наблюдалось в объемных стеклах.

Потом эксперты изменили концентрацию частиц в суспензиях и отследили движение частиц с помощью конфокальной микроскопии. Они отметили, что при определенных плотностях вращательное движение замораживается, а поступательное сохраняется. Это приводит к стеклообразным состояниям, где частицы группируются, образуя локальные структуры с аналогичной ориентацией. Так исследователи наблюдали два конкурирующих стеклования – регулярное фазовое превращение и неравновесное фазовое превращение – взаимодействующих друг с другом.

Полученные результаты предполагают, что такая динамика может работать в других системах, образующих стекло. Это может помочь пролить свет на поведение сложных систем и молекул. Также это потенциально влияет на разработку жидкокристаллических устройств.