Несмотря на то, что стекло внешне подобно твердому телу, его молекулы не образовывают правильную кристаллическую решетку и постепенно перемещаются с места на место, как в жидкости. До сих пор было неясно, почему стекло так себя ведет.
Трехмерная анимация двадцатигранника. Подпись к 3D-Анимации: Пятикратная симметрия двадцатигранной структуры стекла неспособна сформировать постоянную трехмерную кристаллическую решетку (изображение с сайта wikipedia.org).
Международной группе исследователей стало известно, как стекло приобретает свои необычные свойства. Данное открытие может дать толчок к появлению новых материалов, совмещающих в себе лучшие свойства металла и стекла.
Экспериментаторы использовали гель с 2-микронными частицами пластика для имитации поведения стекла во время охлаждения. Внедренные в гель пластиковые частицы ведут себя точно также, как молекулы стекла, но они достаточно велики, чтобы их можно было увидеть при помощи микроскопа.
Для имитации температурных изменений лаборанты постепенно добавляли в гель второй полимер, и в конечном счете смесь перешла в стеклоподобное состояние.
При помощи конфокального (софокусного) микроскопа, способного показывать трехмерные структуры, исследователи обнаружили, что пластиковые частицы сформировали двадцатигранные образования с пятикратной симметрией. Такая форма не дает частицам образовывать постоянную трехмерную кристаллическую решетку, которая наблюдается у твердых веществ, одновременно не допуская свободного перемещения, характерного для жидкости.
Руководитель исследования Патрик Роял считает, что молекулы настоящего стекла ведут себя точно также. Т.е. кристаллизоваться до конца не могут, но и свободно перемещаться тоже, сообщает GlobalScience.
Еще полвека назад сразу несколько теоретиков, включая бристольского профессора физики Чарльза Фрэнка, предположили, что запирание атомов в структуре стекла происходит из-за формирования ими взаимопроникающих икосаэдрических группировок – 20-гранных объемных фигур с пятикратной симметрией. К сожалению, отсутствие прямых методов исследования до сих пор не позволяло подтвердить эти выводы экспериментально.
Точное понимание того, как образуется структура метастабильных веществ, позволит в будущем создать материалы с уникальными характеристиками, соединяющие в себе свойства стекла и металла. Металлическое стекло будет незаменимо там, где требуется повышенная прочность и гибкость: например, в крыльях самолетов, двигателях и даже клюшках для гольфа.
