کشف پدیده عجیب لایه مایع روی سطح شیشه
به گزارش وبلاگ پلاک 9، یخ همواره و همه در ابعاد یخ نیست. حتی در دما های بسیار پایین تر از نقطه انجماد، سطح آن را می توان در فیلمی از اتم های شبه مایع با ضخامت آن معمولاً چند نانومتر پوشاند.
فرآیند تشکیل آن به عنوان پیش ذوب یا ذوب سطحی شناخته می گردد، و به همین علت است که تکه های یخ شما می توانند حتی در فریزر به هم بچسبند.
علاوه بر یخ، ما یک لایه سطحی از یخ پیش ذوب شده را در طیف وسیعی از مواد با ساختار های کریستالی مشاهده نموده ایم، آن هایی که اتم های داخل آن در شبکه ای منظم نهاده شده اند، مانند الماس، کوارتز و نمک خوراکی.
اکنون، برای اولین بار، دانشمندان ذوب سطحی را شیشه مشاهده نموده اند.
شیشه و یخ می توانند بسیار شبیه به هم به نظر برسند، اما اغلب در مقیاس اتمی بسیار متفاوت هستند. یخ کریستالی خوب و مرتب است، شیشه چیزی است که ما آن را جامد بی شکل مینامیم: هیچ ساختار اتمی واقعی ندارد. درعوض، اتم های آن به گونه ای بیشتر شبیه چیزی مایع فشردهشده اند.
همانطور که ممکن است انتظار داشته باشید، تشخیص یک فیلم نیمه مایع از پیش ذوب شده روی سطح شیشه بسیار دشوارتر می گردد.
تشخیص این لایه مایع لایه ای معمولاً با آزمایش هایی انجام می گردد که شامل پراکندگی نوترون ها یا اشعه ایکس است که به نظم اتمی حساس هستند.
فیزیکدانانی به نام های کلمنس بچینگر و لی تیان از دانشگاه کنستانز در آلمان رویکرد متفاوتی داشتند. آن ها به جای کاوش در یک تکه شیشه اتمی، چیزی به نام شیشه کلوئیدی ایجاد کردند - تعلیقی از کره های شیشه ای میکروسکوپی معلق در مایعی که مانند اتم های شیشه اتمی رفتار می نماید.
از آنجایی که کره ها 10000 برابر بزرگتر از اتم هستند، رفتار آن ها را می توان مستقیماً زیر میکروسکوپ مشاهده کرد و بنابراین، با جزئیات بیشتری مورد مطالعه نهاده شد.
بچینگر و تیان با استفاده از میکروسکوپ و پراش، شیشه کلوئیدی آن ها را از نزدیک آنالیز کردند و نشانه های ذوب سطح را شناسایی کردند. یعنی ذرات موجود در سطح سریعتر از ذرات شیشه فله زیر آن حرکت می کردند.
این غیرمنتظره نبود. چگالی شیشه حجیم بیشتر از چگالی سطح است، به این معنی که ذرات سطحی به معنای واقعی کلمه فضای بیشتری برای حرکت دارند.
محققان در مقاله خود می نویسند: نتایج ما نشان می دهد که ذوب سطحی شیشه ها از نظر کیفی در مقایسه با کریستال ها فرق دارد و منجر به تشکیل یک لایه شیشه ای سطحی می گردد.
از آنجایی که ذوب سطحی خواص سطح یک ماده را تغییر می دهد، درک بهتری از شیشه ارائه می دهد که در طیف وسیعی از کاربرد ها بسیار مفید است.
به عنوان مثال، تحرک سطح بالا می تواند شرح دهد که چرا لایه های شیشه ای نازک پلیمری و فلزی در مقایسه با فیلم های ضخیم، رسانایی یونی بالایی دارند. ما در حال حاضر از این ویژگی در باتری ها استفاده می کنیم، جایی که این فیلم ها به عنوان هادی یونی عمل می نمایند.
درک عمیق تر این ویژگی، عوامل ایجاد آن و چگونگی القای آن به دانشمندان یاری می نماید تا راه های بهینه و حتی تازه برای استفاده از آن بیابند.
تحقیقات این تیم در Nature Communications منتشر شده.
منبع: یک پزشک