Fra ruvende skyskrapere til små og utsøkte kronografklokker, glass kan sees overalt i livet.
Før de to sesjonene til National People's Congress, Peng Shou, en representant for National People's Congress, en akademiker ved Chinese Academy of Engineering, sjefingeniør i China National Building Materials Group, og president for China National Building Materials Glass New Materials Research Institute, sa i et intervju med journalister at vi kraftig må fremme energisparing og karbonreduksjon i glassindustrien, slik at Kinas glass Industrien blir "grønn".
Faktisk må glass ikke bare "gå grønt", men også forventes å "forynge" - ettersom brukstiden øker, vil glass produsere aldringsfenomener, som vanligvis er ledsaget av forringelse av fysiske, mekaniske og andre egenskaper. Hvordan man kan "forynge" aldrende glassaktige stoffer og gjenopprette deres egenskaper har tiltrukket seg mer og mer oppmerksomhet fra det vitenskapelige miljøet de siste årene.
På slutten av 2022 avslørte teamet til Jiang Minqiang, en forsker ved Institute of Mechanics ved det kinesiske vitenskapsakademiet, en ny foryngelsesmekanisme for hardt aldrede metallglass gjennom forskning, og utdypet forståelsen av foryngelsen av glassstrukturer. De relevante forskningsresultatene ble publisert i National Natural Science Foundation of China, administrert av National Natural Science Foundation of China. Fundamental Research, et tverrfaglig engelskspråklig tidsskrift sponset av
Glass aldring: Langsom overgang fra lidelse til orden
For å få glass til å "forynge", må vi først forstå hvordan glass "vokser".
Jiang Minqiang introduserte at fra et mikroskopisk perspektiv er glass et amorft fast stoff med en uregelmessig struktur. Han ga reportere et eksempel: I krystallinske faste stoffer som stål er atomer som elever som sitter stille i et klasserom, ordnet på en ryddig måte og viser vanlige former. I glass, et amorft fast stoff med en uregelmessig struktur, er atomer som studenter etter timen, løper rundt på campus, og arrangementet deres er uordnet.
Fenomenet med aldring av glass er i hovedsak transformasjonen av glass fra en uordnet tilstand når det først dannes til en ordnet tilstand. "Generelt sett er den totale energien til materie i en uordnet tilstand høyere, mens i en ordnet tilstand er den totale energien til materie lavere. Ettersom tiden går vil glass gradvis forvandle seg fra en høyenergitilstand til en lavenergitilstand tilstand. Prosessen kalles generelt glassaldring "Jiang Minqiang forklarte at hvis aldringstiden er lang nok, eller aldringen akselereres ved oppvarming, kan glasset til og med forvandles til en solid krystall med en vanlig struktur.
Glassaldring vil påvirke mange egenskaper som seighet, optiske egenskaper og elektrisk ledningsevne til glasset. Det er et fenomen som folk ønsker å utsette eller til og med unngå. Derfor, som en prosess for å reversere glassaldring, har glassforyngelse lenge fått bred oppmerksomhet fra vitenskapelige forskere.
"Glassforyngelse er den omvendte prosessen med glassaldring, det vil si at glasset hvis atomer har blitt relativt ordnet etter aldring går sakte tilbake til en tilstand med relativt uordnede atomer," sa Jiang Minqiang. I tidligere studier på glassforyngelse fant forskerne at forynget glass vil frigjøre deler av varmeentalpien når det varmes opp til en viss temperatur, og jo høyere grad av foryngelse av glasset er, desto større varmeentalpi frigjøres under oppvarming. mange. Termisk entalpi er en viktig tilstandsparameter som karakteriserer energien til et materialsystem. I lekmannstermer er entalpi energien som frigjøres av forynget glass under oppvarmingsprosessen.
"Vår forskning viser at synspunktet ovenfor ikke gjelder for sterkt eldet glass. Ettersom graden av foryngelse av sterkt eldet glass øker, endres ikke varmeentalpifrigjøringen, eller har til og med ingen varmeentalpifrigjøring i det hele tatt." Forskning utført av Jiang Minqiangs team. Det viser at tidligere synspunkter på aldringsmekanismen til glass ikke kan brukes på sterkt eldet glass, noe som oppdaterer folks forståelse av foryngelsesmekanismen til glassstruktur.
"Utilsiktet innsetting": Forskningsresultatene er uventede
"Egentlig kom gjennombruddet i denne forskningen fra et "utilsiktet" forsøk fra vårt forskerteam." Jiang Minqiang sa at det opprinnelige formålet med dette eksperimentet bare var å forberede eksperimentelle prøver. "Teamet vårt forberedte opprinnelig prøven for et nytt eksperiment. For å styrke eksperimentets vitenskapelige karakter er det nødvendig å eliminere prøvens termiske historie og sikre at de har en konsistent struktur. Vi utførte en lavtemperaturglødeoperasjon på glassprøven - sakte oppvarming av metallglasset til en viss temperatur og opprettholdt i tilstrekkelig tid, og deretter avkjølt til romtemperatur med en viss hastighet "Så forynget forskerteamet det sterkt eldede glasset gjennom mekanisk deformasjon. Resultatet var uventet - "Vi legger åpenbart inn energi i glasset gjennom mekanisk arbeid, så hvorfor slipper ikke disse glassene varme og blir yngre?" Dette er i strid med det tidligere mainstream-synet.
Dette resultatet gjorde forskerteamet forvirret. For å løse mysteriet, i tillegg til å måle den termiske entalpien, målte forskerteamet også den spesifikke varmen ved høy temperatur (450K-750K) og lavtemperatur (1,9K-100K). glassprøven, og undersøkte deretter atomvibrasjonsinformasjon og topologisk strukturinformasjon til glasset. "Under eksperimentet fant forskerteamet at selv om parameteren for entalpifrigjøring før glassovergang forble uendret i noen tilfeller, reflekterte den effektive entalpiendringen under glassovergang og den spesifikke lavtemperatur-spesifikke varmen til atomer imidlertid de to fysiske mengdene av vibrasjons Bose-topp vil endre seg tilsvarende," forklarte Jiang Minqiang videre, "Dette viser at termisk entalpifrigjøring ikke er den eneste fysiske mengden som reflekterer foryngelsen av glass."
Da han snakket om hvorfor varmeentalpifrigjøringen forblir uendret, forklarte Jiang Minqiang nok en gang med et levende eksempel: "Hvis vi plasserer en liten ball i fordypningen av det 'konkave' formede planet, vil den lille ballen naturlig forbli stasjonær. Denne typen stabilitet Tilstanden er som for sterkt eldet glass Og hvis vi vipper dette 'konkave' formede planet i en vinkel, selv om høyden på det konkave, det vil si energinivået til det glassaktige materialet forblir nesten uendret. glass representert av den lille kulen vil forbli den samme Det vil bli ustabilt, og fenomenet med glassforyngelse vil oppstå.
Forskningsresultater viser at, i tillegg til tidligere mainstream-syn, kan glassforyngelse direkte reflekteres i frigjøring av varmeentalpi, det vil si en økning i energinivå, eller det kan også reflekteres i tilt på energioverflaten, dvs. , gjennom omorganisering av lokal struktur. Det ledige volumet omfordeles i rommet. "Dette er den nye mekanismen for foryngelse av sterkt aldrede glassaktige materialer som vi oppdaget." sa Jiang Minqiang.
Utvide scenarier: gir et bredt applikasjonsområde
Denne studien fant også at når glasset går inn i en stabil flyttilstand, vil de ovennevnte tre fysiske parameterne som karakteriserer foryngelse hver for seg ha en tendens til metningsverdier, og dermed for første gang eksperimentelt bestemme at den øvre grensen for foryngelse av glassstruktur er den "frosne" stabile- statlig flyt. stat.
Hvis vi bruker vann som en analogi, er glass som blir flytende ved høye temperaturer som vann, mens glass som stivner ved lave temperaturer er som is. "Grensen for å forynge glassstrukturen er å plutselig fryse høytemperaturglassvæsken gjennom ekstremt rask avkjøling, og dermed danne en materialtilstand som ligner på "frosset rennende vann". Jiang Minqiang forklarte: "I dette tilfellet vil glasset fremstå i en fast tilstand. Ved å opprettholde en materialstruktur som er nesten den samme som en væske, vil dets fluiditet nå grensen for nåværende forståelse."
Den nye mekanismen for foryngelse av glassaktige stoffer som ble avslørt i denne studien, lar oss ikke bare forstå årsakene og prosessene til aldring av glass fra et fysisk perspektiv, men har også et stort potensielt bruksområde for å fremme batchforyngelse av gammelt glass. . "Forskerteamet kommuniserer for tiden med selskaper som er engasjert i glassproduksjon eller forskning og utvikling, og prøver å finne et godt kombinasjonspunkt for å fremme teknologien til markedet."
I tillegg oppdaget Jiang Minqiang også at den nye mekanismen som ble avslørt i denne studien også forventes å bli brukt i fremstillingen av avanserte metallmaterialer.
"Generelt sett kan ikke styrken og seigheten til metallmaterialer være forenlig med hverandre. Når styrken øker, vil seigheten avta, og omvendt." Jiang Minqiang sa, "Hvordan å overvinne dette iboende omvendte forholdet er å forberede både styrke og seighet av avanserte metallmaterialer må møtes."
Metallmaterialer med høy styrke har generelt svært lave totale energinivåer på mikroskopisk nivå. Hvis energi tilføres gjennom oppvarming og andre metoder, krever det å prøve å forbedre seigheten til metallmaterialer ved å øke det totale energinivået ofte ekstremt høye energiinvesteringer, noe som er nesten umulig å oppnå.
"Hvis vi kan bruke den nye mekanismen som ble oppdaget i denne studien til å justere energioverflatevinkelen til metalliske materialer når det totale energinivået er lavt, kan vi øke uorden i atomene samtidig som vi opprettholder den samme makroskopiske styrken, og dermed forbedre metallets seighet. materialer Gjennom denne metoden kan vi effektivt unngå enorm energitilførsel og redusere kostnadene ved å lage høyfaste metallmaterialer "Jiang Minqiang sa at teamet hans for tiden prøver å oppnå avgjørende gjennombrudd. Det gir nye ideer for å løse den langvarige uforsonlige motsetningen mellom styrken og seigheten til metallmaterialer.