Một góc nhìn mới đối với vật liệu thủy tinh

Các nhà nghiên cứu tại Trường Đại học Tokyo đã giới thiệu một mô hình vật lý mới dự đoán tính “năng động” của vật liệu thủy tinh mà chỉ dựa vào mức độ trật tự cấu trúc nguyên tử cục bộ của chúng. 

Sử dụng mô phỏng máy tính, họ đã cho thấy nguyên lý cải thiện đáng kể sự hiểu biết về cách thức chất lỏng thủy tinh trở nên nhớt hơn khi làm mát. Nghiên cứu này có nhiều ứng dụng tiềm năng trong sản xuất, đặc biệt sản phẩm kính đặc biệt dùng trong các phòng thí nghiệm và thiết bị màn hình cảm ứng điện tử.

Nhân loại đã tạo ra được thủy tinh từ thời cổ đại. Tuy nhiên, vật lý học kiểm soát chuyển động của các nguyên tử trong các vật liệu thủy tinh thực sự rất phức tạp và vẫn chưa hoàn toàn hiểu được. Trái ngược với hầu hết các chất rắn kết tinh, trong đó các nguyên tử tự sắp xếp thành các mạng lặp lại lớn, kính được tạo thành từ cấu hình của các nguyên tử không có trật tự xa (hay cấu trúc tuần hoàn). Ai đó nếu đã xem người chế tác thổi thủy tinh thì đều biết, ở nhiệt độ cao, thủy tinh chảy như chất lỏng. Điều này có nghĩa là các nguyên tử bên trong có đủ khả năng di động để “trượt” qua nhau. Tuy nhiên, khi vật liệu nguội đi, nó trải qua quá trình gọi là “chuyển hóa thủy tinh”, trong đó các nguyên tử di chuyển chậm lại dần dần cho đến khi chúng ở trạng thái “chất lỏng đông cứng”.

Sử dụng mô phỏng máy tính, các nhà khoa học tại Đại học Tokyo giờ đây đã xác định được “tham số trật tự cấu trúc”. Chỉ dựa trên tham số trật tự cấu trúc, các nhà nghiên cứu đã có thể dự đoán thời gian “thư giãn” của cấu trúc. Mở rộng các mô phỏng máy tính, họ cũng đã xác nhận mối quan hệ giữa trật tự cục bộ và động lực học tổng thể. Đây là một tính năng độc đáo của thủy tinh, thông thường không thấy trong chất rắn kết tinh. Những phát hiện của nghiên cứu này có thể giúp các nhà thiết kế tạo ra được các quy trình mới để sản xuất thủy tinh có độ bền hơn, dễ tạo hình hơn và có khả năng chịu nhiệt tốt hơn.

Công trình được công bố trên tạp chí Nature Communications gần đây. 

P.T.T (NASATI), theo https://phys.org/news/2019-12-view-glasses.html, 6/12/2019