大阪大学工学研究生院助理教授中村信人领导的研究小组发现,当一种称为胶体玻璃的材料在改变频率的同时受到振动时,结晶会在特定频率下迅速进行。
当固体被加热时,固体内会激发各种频率的原子和分子振动,从而引起结晶。一般来说,当固体振动时,振动幅度会在特定频率下增大,该频率由固体的形状和尺寸决定。
研究小组发现,在看似原子和分子排列不规则的玻璃中,原子和分子的填充率存在变化,并且每个区域都会根据稀疏和分子的大小以特定频率强烈振动。他们假设存在结晶效应,并认为如果以该频率振动,则无需加热即可结晶。
胶体玻璃由 1 微米(百万分之一米)左右的细小颗粒在水溶液中随机排列而成。它的独特之处在于,尽管它具有与玻璃相同的随机结构,但所有现象都发生缓慢。换句话说,在胶体玻璃中,与原子和分子振动相对应的粒子振动频率较低,因此可以利用现有设备来验证非晶材料的结晶情况。这次,通过对频率进行细微改变的实验,我们发现,由于100Hz左右的振动,会发生快速结晶。这种现象无法用过去提出的结晶理论来解释,阐明其机制是未来的研究课题。
这一结果表明了声诱导结晶的可行性,并将导致开发一种新方法来制造超高强度材料作为热处理的替代方案。人们还认为,通过超声波照射进行选择性结晶是可能的,这有望导致由玻璃和晶体(声子晶体)组成的新材料的开发。
论文信息:【科学报告】机械振荡加速胶体玻璃结晶