Vidros derretidos: o vidro

Recurso de 24 de março de 2023

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por Thamarasee Jeewandara, Phys.org

O processo de transição líquido-vidro é um procedimento complexo na ciência, assim como a transição vidro-líquido conhecida como fusão do vidro. Em um novo relatório publicado na Science Advances, Qi Zhang e uma equipe de pesquisa em física da Universidade de Ciência e Tecnologia de Hong Kong, na China, montaram vidros coloidais por meio de deposição de vapor e os derreteram para observar a dinâmica da transição vítrea.

Os parâmetros estruturais e dinâmicos saturaram em diferentes profundidades para definir uma camada líquida superficial e uma camada intermediária vítrea. Os cientistas observaram a cinética de partículas únicas com várias características para confirmar as previsões teóricas de fusão da camada superficial do vidro.

O processo de fusão do vidro não é, como se supõe, um processo inverso da transição da formação do vidro do líquido para o vidro. O mecanismo de fusão do vidro está em um estágio preliminar de desenvolvimento, em contraste com o mecanismo intensamente estudado de transições de formação de vidro. Vidros ultraestáveis ​​mostraram fusão de superfície heterogênea em um mecanismo de pré-fusão de superfície para impedir a fusão por dentro.

Cientistas de polímeros estudaram vidros ultraestáveis ​​atômicos e moleculares e descreveram colóides como sistemas modelo excelentes para estudar o comportamento de fusão do vidro devido a partículas em escala de mícron e movimentos térmicos que podem ser visualizados por microscopia óptica. Os colóides fornecem informações microscópicas importantes sobre vidros a granel, incluindo insights sobre a fusão de vidros a granel induzida por cisalhamento.

Os pesquisadores ainda não exploraram a fusão a granel ou superficial induzida termicamente no nível de partícula única, uma vez que requer colóides com atração ajustável. Neste trabalho, Zhang e colegas usaram colóides atraentes para medir a cinética microscópica em diversas faixas de temperatura, para examinar mudanças lentas e rápidas de temperatura para amostras monocamadas e multicamadas e compreender suas trajetórias de pré-fusão e fusão.

Durante os experimentos, Zhang e a equipe incorporaram uma mistura 50:50 de esferas poliméricas para superar a cristalização e adicionaram um corante para induzir a atração entre as esferas de polimetilmetacrilato. Eles bombearam o corante para a região não aquecida por meio de termoforese para diminuir a força de atração, enquanto aumentavam linearmente a temperatura efetiva.

Os resultados produziram colóides monocamadas e multicamadas. A equipe montou os vidros coloidais por meio de deposição de vapor para formar vidros moleculares ultraestáveis. Eles observaram as partículas por meio de microscopia óptica e rastrearam os movimentos brownianos das partículas com análise de imagem.

Os cientistas notaram transições completas de fusão em massa a 25,3 graus Celsius. Durante o processo de pré-fusão do cristal, os pesquisadores previram o crescimento da lei de potência da espessura do líquido superficial em teoria e observaram os resultados experimentalmente e com simulações. A equipe quantificou a relação entre a estrutura local e a dinâmica, onde a região de baixa densidade perto da superfície exibia comportamento de transição de acoplamento de modo de vidro frágil, enquanto a região de alta densidade perto do volume exibia o comportamento de Arrhenius de vidro forte.

Este cruzamento de frágil para forte com diminuição da temperatura também foi observado em água, vidros metálicos e vidros orgânicos/inorgânicos. A presente pesquisa concentra-se na correlação dinâmica estrutural do vidro a granel e do líquido super-resfriado, proporcionando uma conexão próxima à superfície.