三明治结构助力非晶研究

材料牛注：近日，美国西北太平洋国家实验室的研究人员通过气相沉积方法制备出一种独特的三明治结构，其可以准确地记录材料由玻璃态转变为过冷液体态的温度，这对研究玻璃（即非晶态）的基本性能具有重要的基础意义。

说到玻璃，普通青年会想到窗户，文艺青年会想到法国葡萄酒（瓶），而学材料的好青年则会想到非晶，也就是玻璃态无定型材料（以下简称玻璃）。

其实，玻璃对于我们的生活是很重要的。如果你是一名核物理学家，那么你一定知道存放核废料的玻璃容器必须非常稳定，不然就会造成放射性元素泄露事故；如果你是一名医生，那么你一定知道药物都有服用有效期，这是因为超过有效期后药物就会从无定形态转变成晶态，很难在体内溶解，从而丧失了药效；如果你是一枚吃货，那么你一定知道在吃冰淇淋刚打开纸盒包装的时候，冰淇淋表面会形成结晶，这大大影响了口感。你看，玻璃的重要性不言而喻了吧！

学过晶体学或者材料科学基础的人都知道，玻璃是一种亚稳态材料，它具有固体的力学性能，但却没有晶体材料那样的长程有序结构。为了得到玻璃的无序结构，材料必须在液态快速冷却至足够低的温度，使得分子没有足够的时间和能量达到晶体那样的能量最低点，这个温度就是玻璃转变温度（Tg）,它跟实验条件和冷却速率有关。随着温度的升高，玻璃逐渐由稳定玻璃态转变成过冷液体，然后结晶。

最近，西北太平洋国家实验室的博士生Smith等人在The Journal of Physical Chemistry Letters期刊上报道了一个他们关于玻璃的重大发现。他们利用气相沉积技术，把中间夹有氪气层的两种玻璃形成材料甲苯和乙苯沉积在温度为30K的表面，这样当材料接触低温表面的时候就会形成玻璃，此时就形成了如图所示的三明治结构，在两个玻璃中间的氪气层就会受到束缚而不能释放。然后，对结构进行升温，玻璃就会转变成过冷液体，而与此同时，中间层的气体就得以释放。因此，中间层气体释放时的温度就是玻璃转变成过冷液体的温度。

同时，Smith等人还进行了沉积表面温度从40K到130K的实验，他们发现，玻璃的稳定性与沉积表面的温度有很大关系。无论对于甲苯还是乙苯，都是在沉积温度稍低于Tg点几K时形成的玻璃稳定性最高，也最难转化成过冷液体。

这项工作的最大亮点就是可以通过调节沉积表面的温度来控制形成玻璃的稳定性，这对于研究玻璃的基本性能具有重要的基础意义。

原文参考地址：Scientists Find The Temperature at Which Glass Becomes Liquid

感谢材料人编辑部刘萍提供素材