玻璃是固體還是液體呢?大家看到標(biāo)題的時(shí)候可能會(huì)肯定的說(shuō)當(dāng)然是固體了，但其實(shí)嚴(yán)格來(lái)說(shuō)玻璃并不算固體,它是一種流速相當(dāng)緩慢的半固體半流體的狀態(tài)。
西方許多老舊的用了一個(gè)多世紀(jì)的老教堂的窗玻璃都是上薄下厚，也就是說(shuō)當(dāng)一塊平玻璃垂直豎放一百年的時(shí)間，它會(huì)變得上面較薄、下方變厚，呈現(xiàn)出液態(tài)的性質(zhì)，這和肥皂膜由于重力而致上薄下厚的情況很相似。其實(shí)許多科普書(shū)和電視科普宣傳片里都講過(guò)這個(gè)科普知識(shí)，不是什么新鮮事了。
玻璃并不完全是固體
玻璃既不是晶態(tài)，也不是非晶態(tài)，也不是多晶態(tài)，也不是混合態(tài)。理論名稱叫玻璃態(tài)。玻璃態(tài)在常溫下的特點(diǎn)是：短程有序，即在數(shù)個(gè)或數(shù)十個(gè)原子范圍內(nèi)，原子有序排列，呈現(xiàn)晶體特征。長(zhǎng)程無(wú)序，即再增加原子數(shù)量后，便成為一種無(wú)序的排列狀態(tài)，其混亂程度類(lèi)似于液體。在宏觀上，玻璃又是一種固態(tài)的物質(zhì)。玻璃就是這樣一種物質(zhì)。造成玻璃這種結(jié)構(gòu)的原因是：玻璃的粘度隨溫度的變化速度太快，而結(jié)晶速度又太慢。當(dāng)溫度下降，結(jié)晶剛剛開(kāi)始的時(shí)候，粘度就已經(jīng)變得非常大，原子的移動(dòng)被限制住，造成了這種結(jié)果。所以，玻璃態(tài)類(lèi)似于固態(tài)的液體，物質(zhì)中的原子永遠(yuǎn)都是處于結(jié)晶的過(guò)程中。
因此，玻璃中的原子位置看似固定，但是原子間依然有作用力促使它具備重新排列的趨勢(shì)。并不是一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)，這和石蠟中的原子狀態(tài)不同。所以，同樣不是晶體，常溫下，石蠟完全是固體，而玻璃卻可以被看作是粘度極大的液體。
揭示玻璃非固體之謎
研究人員在實(shí)驗(yàn)中，為了觀察微觀原子的真實(shí)運(yùn)動(dòng)情況，利用較大的膠體微粒模擬原子，并用高倍顯微鏡進(jìn)行觀察。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這些粒子形成的凝膠因?yàn)闃?gòu)成了二十面體結(jié)構(gòu)而無(wú)法形成結(jié)晶——這與20世紀(jì)50年代布里斯托爾大學(xué)的Charles Frank作出的預(yù)測(cè)相一致。這種結(jié)構(gòu)解釋了為什么玻璃是“玻璃”而不是液體或固體。
此次研究對(duì)于理解亞穩(wěn)態(tài)材料來(lái)說(shuō)是個(gè)重大的突破，它將使進(jìn)一步開(kāi)發(fā)金屬玻璃等新材料成為可能。另外，如果能夠通過(guò)操作使金屬在冷卻時(shí)形成玻璃一樣的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，將有可能大大減少金屬缺陷。
一些材料在冷卻時(shí)會(huì)形成結(jié)晶，其原子會(huì)以高度規(guī)則的模式進(jìn)行排列，稱為“晶格”。不過(guò)玻璃在冷卻時(shí)，原子擁堵在一起，幾乎隨機(jī)排列，妨礙了規(guī)則晶格的形成。
