Стекло как совокупность тетраэдров
Исследователи Великобритании и Франции объединили свои усилия в области постижения действительной сути структуры стекла. Стекло представляется нам одной из самых прозрачных вещей в природе, однако, когда разговор о стекле идет на атомарном уровне, становится ясно, что на самом деле это далеко не так. Большинство жидкостей при охлаждении образуют структуры, взаимное расположение атомов которых так или иначе упорядочено. Такие тела называют кристаллическими.
Стекловидные же тела определяют как материалы, которые при быстром охлаждении переходят из жидкого в такое твердое состояние, которому свойственна полная неупорядоченность на атомарном уровне. Стекла могут входить в состав множества объектов и форм, и остекление оконных проемов есть всего лишь один из вариантов использования стекловидных тел. Сегодня, по мере того, как этажи проектируемых и возводимых зданий стремятся все выше, новые требования диктуются всем элементам высоток, в том числе и фасадным.
Команда специалистов во главе с профессором Филипом Сэлмоном выявила наличие в микроскопическом мире стекла тонких и неожиданных образований, никогда прежде не обнаруживавшихся. Было установлено, что атомы стекла объединяются в тетраэдры, трехмерные объекты, ограниченные равносторонними треугольниками. В центре тяжести каждого такого треугольника находится атом, кроме того, по одному атому находится в каждом из углов треугольника. Эти тетраэдры образуют кольцевые структуры, размер же такого образования может простираться на неожиданно большое расстояние, примерно до одной десятимиллионной миллиметра.
Такая структура была выявлена в двух образцах стекла, изготовленных из различных химикалий, дихлорида цинка и диселенида германия. На самом деле о стекле известно не очень много, так что информация о данном открытии была сочтена достаточно значимой. Как известно, стекла подразделяются на два типа, прочные и хрупкие. Это подразделение довольно условно и нередко даже вводит в заблуждение, поскольку говорят о свойствах материала скорее в жидком, чем в отвердевшем состоянии.
Прочные материалы при их нагревании поддерживают свою вязкость, представляя собой что-то вроде густой жидкости под высокими температурами, хрупкие же становятся намного менее вязкими. Путем использования последних методик нейтронной дифракции профессор Сэлмон обнаружил определенные различия в строении атомов, каковые различия и позволяют подразделять стекла на прочные либо хрупкие. Было установлено, что обоим типам стекла свойственна тенденция к образованию колец из тетраэдров. Структурам прочных стекол свойственны и гораздо большие размеры образуемых тетраэдрами колец, и их первоначальная разомкнутость. Постепенно эти структуры становятся все менее и менее упорядоченными. В более хрупких стеклах кольца не имеют этого изначально открытого строения, и тетраэдры повсеместно расположены более плотно. Чем более открыты кольца изначально, тем прочнее стекло.
Профессор Сэлмон показал, что под воздействием давления изначально упорядоченные кольца прочных стекол разрушаются, становятся менее упорядоченными, что превращает стекло в более хрупкий вариант. Профессор полагает, что это крупное достижение в понимании структуры стекла может представлять большой интерес для физиков, заинтересованных природой формирования стекловидных тел, для ученых-материальщиков, которые разрабатывают новые типы стекол, необходимые для производства новых конструкций лазеров, а также для получения новых решений в области работы с ядерными отходами.
Кроме того, данный шаг может быть важным в разработке новых материалов. Две самые известные формы кристаллического углерода, алмаз и графит, имеют совершенно неодинаковые свойства. Графит мягок и используется, например, в карандашах, тогда как алмаз, который формируется при высоких температурах и давлениях, является супертвердым и используется как промышленный абразив. Поэтому могут быть получены и новые стекла с представляющими большой интерес новыми свойствами. Здесь можно говорить, например, о получении стекла примерно при тех же самых чрезвычайных условиях, при которых получаются искусственные алмазы.
Игорь ПРИВАЛОВ
Стекловидные же тела определяют как материалы, которые при быстром охлаждении переходят из жидкого в такое твердое состояние, которому свойственна полная неупорядоченность на атомарном уровне. Стекла могут входить в состав множества объектов и форм, и остекление оконных проемов есть всего лишь один из вариантов использования стекловидных тел. Сегодня, по мере того, как этажи проектируемых и возводимых зданий стремятся все выше, новые требования диктуются всем элементам высоток, в том числе и фасадным.
Команда специалистов во главе с профессором Филипом Сэлмоном выявила наличие в микроскопическом мире стекла тонких и неожиданных образований, никогда прежде не обнаруживавшихся. Было установлено, что атомы стекла объединяются в тетраэдры, трехмерные объекты, ограниченные равносторонними треугольниками. В центре тяжести каждого такого треугольника находится атом, кроме того, по одному атому находится в каждом из углов треугольника. Эти тетраэдры образуют кольцевые структуры, размер же такого образования может простираться на неожиданно большое расстояние, примерно до одной десятимиллионной миллиметра.
Такая структура была выявлена в двух образцах стекла, изготовленных из различных химикалий, дихлорида цинка и диселенида германия. На самом деле о стекле известно не очень много, так что информация о данном открытии была сочтена достаточно значимой. Как известно, стекла подразделяются на два типа, прочные и хрупкие. Это подразделение довольно условно и нередко даже вводит в заблуждение, поскольку говорят о свойствах материала скорее в жидком, чем в отвердевшем состоянии.
Прочные материалы при их нагревании поддерживают свою вязкость, представляя собой что-то вроде густой жидкости под высокими температурами, хрупкие же становятся намного менее вязкими. Путем использования последних методик нейтронной дифракции профессор Сэлмон обнаружил определенные различия в строении атомов, каковые различия и позволяют подразделять стекла на прочные либо хрупкие. Было установлено, что обоим типам стекла свойственна тенденция к образованию колец из тетраэдров. Структурам прочных стекол свойственны и гораздо большие размеры образуемых тетраэдрами колец, и их первоначальная разомкнутость. Постепенно эти структуры становятся все менее и менее упорядоченными. В более хрупких стеклах кольца не имеют этого изначально открытого строения, и тетраэдры повсеместно расположены более плотно. Чем более открыты кольца изначально, тем прочнее стекло.
Профессор Сэлмон показал, что под воздействием давления изначально упорядоченные кольца прочных стекол разрушаются, становятся менее упорядоченными, что превращает стекло в более хрупкий вариант. Профессор полагает, что это крупное достижение в понимании структуры стекла может представлять большой интерес для физиков, заинтересованных природой формирования стекловидных тел, для ученых-материальщиков, которые разрабатывают новые типы стекол, необходимые для производства новых конструкций лазеров, а также для получения новых решений в области работы с ядерными отходами.
Кроме того, данный шаг может быть важным в разработке новых материалов. Две самые известные формы кристаллического углерода, алмаз и графит, имеют совершенно неодинаковые свойства. Графит мягок и используется, например, в карандашах, тогда как алмаз, который формируется при высоких температурах и давлениях, является супертвердым и используется как промышленный абразив. Поэтому могут быть получены и новые стекла с представляющими большой интерес новыми свойствами. Здесь можно говорить, например, о получении стекла примерно при тех же самых чрезвычайных условиях, при которых получаются искусственные алмазы.
Игорь ПРИВАЛОВ
Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 10 за 2010 год в рубрике мат. и тех.
