• BilimAvcısı

Araştırmacılar Maddenin Yeni Durumunu Keşfediyor: Sıvı Cam

Sıvı camın keşfi, cam geçişinin eski bilimsel sorununa ışık tutuyor.


Konstanz Üniversitesi'nden disiplinler arası bir araştırma ekibi, daha önce bilinmeyen yapısal öğelerle yeni bir madde durumu olan sıvı camı ortaya çıkardı.



Cam, günlük olarak kullandığımız gerçekten her yerde bulunan bir malzeme olsa da, aynı zamanda büyük bir bilimsel muammayı temsil ediyor. Beklenenin aksine, camın gerçek doğası, kimyasal ve fiziksel özelliklerine ilişkin bilimsel araştırmalar halen devam etmekte olan bir gizem olmaya devam ediyor.


Kimya ve fizikte, cam terimi değişken bir kavramdır: Pencere camı olarak bildiğimiz maddeyi içerir, ancak aynı zamanda cam benzeri davranışa atıfta bulunularak açıklanabilecek özelliklere sahip bir dizi başka malzemeye de atıfta bulunabilir. Örneğin metaller, plastikler, proteinler ve hatta biyolojik hücreler.


Katı görünüşe sahip olsa da, cam geleneksel olarak katı olmaktan başka her şeydir.

Tipik olarak, bir malzeme bir sıvıdan katı bir duruma geçtiğinde, moleküller bir kristal model oluşturmak için sıraya girer. Camda bu olmaz. Bunun yerine, moleküller kristalleşme gerçekleşmeden önce etkili bir şekilde yerinde dondurulur. Bu garip ve düzensiz durum, farklı sistemlerdeki gözlüklerin karakteristiğidir ve bilim adamları hala bu yarı kararlı durumun tam olarak nasıl oluştuğunu anlamaya çalışıyorlar.


Profesörler Andreas Zumbusch (Kimya Bölümü) ve Matthias Fuchs (Fizik Bölümü) tarafından yönetilen ve her ikisi de Konstanz Üniversitesi'nde bulunan araştırma, cam muammasına yeni bir karmaşıklık katmanı ekledi. Araştırmacılar, özel yapım elipsoidal kolloidlerin süspansiyonlarını içeren bir model sistemi kullanarak , tek tek parçacıkların hareket edebildiği ancak dönemediği yeni bir madde durumu olan sıvı camı ortaya çıkardılar - daha önce dökme camlarda gözlemlenmeyen karmaşık davranış.


Kolloidal süspansiyonlar, bir mikrometre (bir metrenin milyonda biri) veya daha büyük boyutlarda atomlardan veya moleküllerden daha büyük olan ve bu nedenle optik mikroskopi ile araştırmaya çok uygun katı partiküller içeren karışımlar veya sıvılardır . Cam geçişlerini inceleyen bilim adamları arasında popülerdirler çünkü diğer cam oluşturan materyallerde de meydana gelen birçok fenomeni içerirler.


Bugüne kadar, kolloidal süspansiyonları içeren çoğu deney , küresel kolloidlere dayanıyordu. Bununla birlikte, doğal ve teknik sistemlerin çoğu küresel olmayan parçacıklardan oluşur. Andreas Zumbusch liderliğindeki ekip, polimer kimyasını kullanarak küçük plastik parçacıklar üretti, elipsoid formlarına ulaşana kadar onları esnetip soğutup ardından uygun bir çözücü içine yerleştirdi.

Fiziksel kimya profesörü ve çalışmanın kıdemli yazarı olan Zumbusch, "Küresel parçacıkların aksine, farklı şekillerinden dolayı parçacıklarımızın oryantasyonu var, bu da tamamen yeni ve daha önce çalışılmamış karmaşık davranış türlerine yol açıyor" diyor.

Araştırmacılar daha sonra süspansiyonlardaki partikül konsantrasyonlarını değiştirmeye devam ettiler ve konfokal mikroskopi kullanarak partiküllerin hem translasyonel hem de rotasyonel hareketini izlediler. Zumbusch, "Belirli parçacık yoğunluklarında oryantasyon hareketi dondu, öte yandan öteleme hareketi devam etti ve bu da parçacıkların benzer yönelime sahip yerel yapılar oluşturmak için kümelendiği camsı durumlara neden oldu." dedi. Araştırmacıların sıvı cam olarak adlandırdıkları şey, bu kümelerin karşılıklı olarak birbirlerini engellemelerinin ve karakteristik uzun menzilli uzamsal korelasyonlara aracılık etmelerinin bir sonucudur. Bunlar, termodinamikten beklenen küresel olarak düzenli madde durumu olabilecek sıvı kristal oluşumunu engeller.


İki Rakip Cam Geçişi


Araştırmacıların gözlemlediği şey aslında birbiriyle etkileşime giren iki rakip cam geçişiydi, düzenli bir faz dönüşümü ve bir denge dışı faz dönüşümü. Konstanz Üniversitesi'nde yumuşak yoğun madde teorisi profesörü ve makalenin diğer kıdemli yazarı Matthias Fuchs, "Bu teorik açıdan inanılmaz derecede ilginç" diyor. "Deneylerimiz, bilim camiasının epeydir peşinde olduğu kritik dalgalanmalar ve camsı tutuklama arasındaki etkileşim için bir tür kanıt sağlıyor."

Sıvı cam yaklaşık yirmi yıldır teorik bir varsayım olarak kaldı.

Sonuçlar ayrıca benzer dinamiklerin diğer cam şekillendirme sistemlerinde de iş başında olabileceğini ve bu nedenle çok küçükten (biyolojik) çok büyüğe (kozmolojik) kadar değişen karmaşık sistemlerin ve moleküllerin davranışına ışık tutmaya yardımcı olabileceğini göstermektedir. Ayrıca sıvı kristal cihazların gelişimini potansiyel olarak etkiler.


Kaynak:

  • http://www.sci-news.com/physics/liquid-glass-09222.html

  • https://phys.org/news/2021-01-state-liquid-glass.html