今日Nature：揭示玻璃形成的奧秘—玻璃液中籠狀物的形成

【研究背景】

玻璃材料在日常生活中隨處可見，其在學術和技術上具有重大研究意義，然而人們對從液態變為玻璃態時的粒子尺度動力學知之甚少。當玻璃形成液體冷卻時，其組成粒子的動力學從液態變為更固態。研究報道，由此產生的玻璃狀材料的堅固性是由于形成了籠狀過程，由此單個粒子的運動越來越受到相鄰粒子的限制。這一過程始于玻璃形成液體最初顯示出玻璃態動力學跡象的溫度（或顆粒密度），然而，籠狀物如何形成的細節仍是未解之謎。

【成果簡介】

近日，韓國軟物質及生命材料基礎科學研究所Li Bo, Steve Granick教授聯合法國蒙彼利埃大學Walter Kob教授研究二維膠體懸浮液（玻璃形成液）中顆粒水平上的籠狀物的形成。作者使用聚焦激光在粒子水平上擾動懸浮液，并用視頻顯微鏡監測系統的非線性動態響應。所有的觀測值都是非單調響應的粒子密度函數，在第一次觀察到玻璃態動力學時達到峰值，同時這種最大的反應是由于籠狀結構的形成，通過粒子以合作方式運動的區域的出現來量化。隨著粒子密度的進一步增加，這些局部區域變得越來越剛性，并支配著宏觀粒子動力學。這種微尺度流變變形方法表明，在玻璃形成液中的籠形成與這些區域的合并直接相關，并揭示了液體轉變為玻璃材料的第一步。該文章近日以題為“Anatomy of cage formation in a two-dimensional glass-forming liquid”發表在知名期刊Nature上。

【圖文導讀】

圖一、實驗系統及其對局部擾動的響應

圖二、激發特性與堆積密度的非單調關系

圖三、不同填料組分的顆粒位移

文獻鏈接：Anatomy of cage formation in a two-dimensional glass-forming liquid (Nature, 2020, doi: 10.1038/s41586-020-2869-5)

本文由大兵哥供稿。