Sticla lichidă elucidează o veche problemă științifică a tranziției sticlei. O echipă interdisciplinară de la Universitatea Konstanz a descoperit această nouă stare a materiei, cu elemente structurale necunoscute anterior.
În timp ce sticla este un material pe care-l întâlnim zilnic, ea reprezintă și o mare enigmă științifică. Contrar așteptărilor, adevărata natură a sticlei rămâne ceva misterios, asupra căreia continuă cercetările privind proprietățile ei chimice și fizice. În chimie și în fizică, termenul „sticlă” este un concept variabil: poate fi substanța pe care o cunoaștem ca sticlă pentru geamuri, dar se poate referi și la o gamă de materiale cu proprietăți care pot fi descrise prin referire la comportamentul lor ca al sticlei – de exemplu metale, plastice, proteine și chiar celule biologice.
Sticla poate fi orice în afară de un solid convențional, deși dă această impresie. Când un material face tranziția de la faza lichidă la cea solidă, moleculele se aliniază tipic într-un model de cristal. La sticlă, aceasta nu se întâmplă. În loc, moleculele îngheață efectiv pe loc până să survină cristalizarea. Această stare ciudată și dezordonată este caracteristică sticlei în sisteme diferite și oamenii de știință încă încearcă să înțeleagă exact cum se formează această stare metastabilă.
Cercetările coordonate de profesorii Andreas Zumbuch (Departamentul de Chimie) și Matthias Fuchs (Departamentul de Fizică) de la Universitatea din Konstanz au adăugat un nou nivel de complexitate acestei enigme. Utilizând un model de sistem cu suspensii speciale de coloizi elipsoidali, cercetătorii au descoperit o nouă stare a materiei, sticla lichidă, în care particulele individuale sunt capabile să se miște, dar nu să se și rotească – comportament complex care n-a mai fost observat anterior. Rezultatele au fost publicate în revista „Proceedings of the National Academy of Sciences”.
Suspensiile coloidale sunt amestecuri de fluide care conțin particule solide cu mărimi de un micrometru sau mai mult, mai mari decât atomii sau moleculele și care pot fi cercetate în consecință cu miroscopia optică. Sunt folosite mult de savanții care studiază tranzițiile sticlei, deoarece au în comun multe din fenomenele care se petrec care apar la alte materiale care se formează asemănător sticlei.
Până acum, cele mai multe experimente cu suspensii coloidale au cuprins coloizi sferici. Însă majoritatea sistemelor naturale și tehnice sunt compuse din particule non-sferice. Utilizând chimia polimerică, echipa profesorului Zumbusch a fabricat mici particule din plastic pe care le-a prelucrat până la forme elipsoidale și le-a introdus într-un solvent adecvat. „Datorită formei lor distincte, particulele noastre au orientare – spre deosebire de particulele sferice – ceea ce dă naștere la comportamente complexe cu întregime noi și care n-au mai fost studiate anterior”, explică Andreas Zumbusch, care este profesor de chimie fizică și coautor principal al studiului.
Cercetătorii au schimbat apoi concentraațiile particulelor în suspensii și le-au urmărit mișcările de translație și rotație utilizând microsopia confocală. Zumbusch spune, „La anumite concentrații de particule, mișcarea de orientare încetează în timp ce persistă mișcarea de translație, rezultând stări sticloase în care particulele se grupează pentru a forma structuri locale cu orientare similară”. Aceste grupuri, care au fost denumite de cercetători „sticlă lichidă”, se blochează reciproc și previn formarea unui cristal lichid care ar fi starea materiei descrisă în mod obișnuit de termodinamică.
Ceea ce au observat de fapt cercetătorii au fost două tranziții concurente: o fază de transformare normală și una de non-echilibru, interacționând una cu alta. „Este incredibil de interesant din punct de vedere teoretic”, spune profesorul Matthias Fuchs, celălalt coautor principal al studiului. „Experimentele noastre oferă dovada pentru interacțiunea dintre fluctuațiile critice și consolidarea sticloasă pe care comunitatea științifică o căuta de multă vreme”. Predicția siclei lichide rămăsese de douăzeci de ani o conjectură teoretică. (Phys.org)
0
8
