El vidrio es un material omnipresente, pero representa un gran rompecabezas científico. Al contrario de lo que cabría esperar, la verdadera naturaleza del vidrio sigue siendo un misterio.
El vidrio es definitivamente, pero convencional. Normalmente, cuando el material cambia de estado líquido a sólido, las moléculas se alinean para formar un patrón cristalino. En el vaso, esto no sucede. En su lugar, las partículas se congelan de manera adecuada completamente inmóviles antes de que se produzca la cristalización.
Un nuevo estudio de la Universidad de Konstanz acaba de agregar otra capa de complejidad al rompecabezas de vidrio. Los científicos utilizaron un sistema modelo que involucra suspensiones coloidales elipsoidales hechas a medida para descubrir un nuevo estado de la materia, el vidrio líquido, donde las partículas individuales pueden moverse pero no pueden rotar, un comportamiento complejo que no se había visto anteriormente en masa. gafas.
Las suspensiones coloidales son mezclas o fluidos que contienen partículas sólidas que, en tamaños de un micrómetro (una millonésima de metro) o más, son más grandes que los átomos o moléculas y, por lo tanto, aptas para su examen bajo microscopía óptica. Son populares entre el estudio de las transiciones de vidrio, ya que incluyen muchos fenómenos en otros materiales formadores de vidrio.
Hasta la fecha, la mayoría de los experimentos que involucran suspensiones coloidales se han basado en coloides esféricos. La mayoría de los sistemas naturales y técnicos, sin embargo, están compuestos por partículas no esféricas.
Usando la química de polímeros, los científicos hicieron pequeñas partículas de plástico, estirándolas y enfriándolas hasta que alcanzaron sus formas elipsoides y luego colocándolas en un disolvente adecuado.
Zumbusch, profesor de química física y autor principal del estudio, dijo: «Debido a sus formas distintivas, nuestras partículas están orientadas, a diferencia de las partículas esféricas, lo que da lugar a tipos de comportamiento complejo completamente nuevos y sin estudiar».
Más tarde, los científicos cambiaron las concentraciones de partículas en las suspensiones y rastrearon el movimiento de traslación y la rotación de las partículas utilizando microscopía confocal.
Zumbusch dijo: «En ciertas densidades de partículas, el movimiento de orientación se congeló, mientras que el movimiento de traslación persistió, lo que resultó en estados vidriosos donde las partículas se unieron para formar estructuras locales orientadas de manera similar».
Los científicos han denominado vidrio líquido porque estos grupos se obstruyen entre sí y median correlaciones espaciales características de largo alcance. Esto evita la formación de un cristal líquido, que sería el estado de la materia ordenado globalmente que se espera de la termodinámica.
En realidad, los científicos observaron dos transiciones vítreas en competencia, una transformación de fase regular y una transformación de fase desequilibrada, interactuando entre sí.
Matthias Fuchs, profesor de teoría de la materia blanda condensada en la Universidad de Konstanz, dijo, “Esto es increíblemente interesante desde un punto de vista teórico. Nuestros experimentos proporcionan el tipo de evidencia de la interacción entre fluctuaciones críticas y parálisis vítrea que la comunidad científica ha estado buscando durante algún tiempo. «
Los resultados sugieren que puede haber una dinámica similar en otros sistemas de formación de vidrio y, por lo tanto, puede ayudar a arrojar luz sobre el comportamiento de sistemas y moléculas complejos que van desde muy pequeños (biológicos) a muy grandes (cosmológicos). También tiene un impacto potencial en el desarrollo de dispositivos de cristal líquido.
Referencia de periódico:
- Jörg Roller, Aleena Laganapan, Janne-Mieke Meijer, Matthias Fuchs, Andreas Zumbusch: Observación de vidrio líquido en suspensiones coloidales elipsoidales, PNAS, 4 de enero de 2021. URL: DOI: 10.1073 / pnas.2018072118
