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常見(jiàn)問(wèn)題

玻璃到底是固體還是液體?

發(fā)布時(shí)間:2017.10.25瀏覽次數:

       玻璃是固體還是液體呢?大家看到標題的時(shí)候可能會(huì )肯定的說(shuō)當然是固體了,但其實(shí)嚴格來(lái)說(shuō)玻璃并不算固體,它是一種流速相當緩慢的半固體半流體的狀態(tài)。

  西方許多老舊的用了一個(gè)多世紀的老教堂的窗玻璃都是上薄下厚,也就是說(shuō)當一塊平玻璃垂直豎放一百年的時(shí)間,它會(huì )變得上面較薄、下方變厚,呈現出液態(tài)的性質(zhì),這和肥皂膜由于重力而致上薄下厚的情況很相似。其實(shí)許多科普書(shū)和電視科普宣傳片里都講過(guò)這個(gè)科普知識,不是什么新鮮事了。

  玻璃并不完全是固體

  玻璃既不是晶態(tài),也不是非晶態(tài),也不是多晶態(tài),也不是混合態(tài)。理論名稱(chēng)叫玻璃態(tài)。玻璃態(tài)在常溫下的特點(diǎn)是:短程有序,即在數個(gè)或數十個(gè)原子范圍內,原子有序排列,呈現晶體特征。長(cháng)程無(wú)序,即再增加原子數量后,便成為一種無(wú)序的排列狀態(tài),其混亂程度類(lèi)似于液體。在宏觀(guān)上,玻璃又是一種固態(tài)的物質(zhì)。玻璃就是這樣一種物質(zhì)。造成玻璃這種結構的原因是:玻璃的粘度隨溫度的變化速度太快,而結晶速度又太慢。當溫度下降,結晶剛剛開(kāi)始的時(shí)候,粘度就已經(jīng)變得非常大,原子的移動(dòng)被限制住,造成了這種結果。所以,玻璃態(tài)類(lèi)似于固態(tài)的液體,物質(zhì)中的原子永遠都是處于結晶的過(guò)程中。

  因此,玻璃中的原子位置看似固定,但是原子間依然有作用力促使它具備重新排列的趨勢。并不是一個(gè)穩定的狀態(tài),這和石蠟中的原子狀態(tài)不同。所以,同樣不是晶體,常溫下,石蠟完全是固體,而玻璃卻可以被看作是粘度大的液體。

  揭示玻璃非固體之謎

  研究人員在實(shí)驗中,為了觀(guān)察微觀(guān)原子的真實(shí)運動(dòng)情況,利用較大的膠體微粒模擬原子,并用高倍顯微鏡進(jìn)行觀(guān)察。結果發(fā)現,這些粒子形成的凝膠因為構成了二十面體結構而無(wú)法形成結晶——這與20世紀50年代布里斯托爾大學(xué)的Charles Frank作出的預測相一致。這種結構解釋了為什么玻璃是“玻璃”而不是液體或固體。

  此次研究對于理解亞穩態(tài)材料來(lái)說(shuō)是個(gè)重大的突破,它將使進(jìn)一步開(kāi)發(fā)金屬玻璃等新材料成為可能。另外,如果能夠通過(guò)操作使金屬在冷卻時(shí)形成玻璃一樣的內部結構,將有可能大大減少金屬缺陷。

  一些材料在冷卻時(shí)會(huì )形成結晶,其原子會(huì )以高度規則的模式進(jìn)行排列,稱(chēng)為“晶格”。不過(guò)玻璃在冷卻時(shí),原子擁堵在一起,幾乎隨機排列,妨礙了規則晶格的形成。
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