Ciencias

Un nuevo estado: vidrio líquido

El vidrio es un material omnipresente, pero plantea un gran misterio científico. Contrariamente a las expectativas, la verdadera naturaleza del vidrio sigue siendo un misterio.

El vidrio es definitivamente convencional. Cuando el material cambia de estado líquido a sólido, las moléculas generalmente se alinean en un patrón de cristal. Esto no ocurre en vidrio. En cambio, las partículas se congelan lo suficiente antes de que tenga lugar la cristalización.

Un nuevo estudio de la Universidad de Konstanz acaba de agregar otro nivel de complejidad al rompecabezas de vidrio. Los científicos utilizaron un sistema modelo con suspensiones de coloides elipsoidales personalizados para descubrir un nuevo estado de la materia, el vidrio líquido, en el que las partículas individuales pueden moverse pero no pueden rotar, un comportamiento complejo que no se había observado previamente en grandes cantidades. gafas.

Las suspensiones coloidales son mezclas o líquidos que contienen partículas sólidas que tienen un tamaño de un micrómetro (una millonésima de metro) o más que los átomos o moléculas y, por lo tanto, son adecuadas para el examen con microscopía óptica. Son populares para estudiar las transiciones del vidrio porque contienen muchos fenómenos en otros materiales formadores de vidrio.

Hasta ahora, la mayoría de los experimentos con suspensiones coloidales se han basado en coloides esféricos. Sin embargo, la mayoría de los sistemas naturales y de ingeniería están formados por partículas no esféricas.

Usando la química de polímeros, los científicos crearon pequeñas partículas de plástico, las estiraron y enfriaron hasta que alcanzaron su forma elipsoidal, y luego las colocaron en un solvente adecuado.

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Zumbusch, profesor de química física y autor principal del estudio, dijo: «Debido a su forma diferente, nuestras partículas, en contraste con las partículas esféricas, tienen una orientación que conduce a comportamientos complejos completamente nuevos y previamente inexplorados».

Posteriormente, los científicos cambiaron las concentraciones de partículas en las suspensiones y usaron microscopía confocal para rastrear el movimiento de traslación y rotación de las partículas.

Zumbusch dijo: «A ciertas densidades de partículas, el movimiento de orientación se congeló mientras que el movimiento de traslación persistió, lo que llevó a estados vidriosos en los que las partículas se aglomeraron para formar estructuras locales con una orientación similar».

Los científicos nombraron vidrio líquido porque estos grupos interfieren entre sí y transmiten correlaciones espaciales características con un rango largo. Éstos previenen la formación de un cristal líquido, que es el estado de la materia ordenado globalmente que se espera de la termodinámica.

En realidad, los científicos observaron dos transiciones vítreas en competencia, una transición de fase regular y una transición de fase de no equilibrio, interactuando entre sí.

Matthias Fuchs, profesor de teoría de la materia blanda condensada en la Universidad de Konstanz, dijo, “Desde un punto de vista teórico, eso es increíblemente interesante. Nuestros experimentos proporcionan el tipo de evidencia de la interacción entre la variabilidad crítica y el estancamiento vidrioso que la comunidad científica ha estado buscando durante bastante tiempo. «

Los resultados sugieren que dinámicas similares pueden ser efectivas en otros sistemas de formación de vidrio y, por lo tanto, ayudar a iluminar el comportamiento de sistemas y moléculas complejos que van desde muy pequeños (biológicos) a muy grandes (cosmológicos). Esto también puede tener un impacto en el desarrollo de dispositivos de cristal líquido.

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Referencia de la revista:
  1. Jörg Roller, Aleena Laganapan, Matthias Fuchs, Janne-Mieke Meijer, Andreas Zumbusch: Observación de vidrio líquido en suspensiones de coloides elipsoidales, PNAS, 4 de enero de 2021. URL: DOI: 10.1073 / pnas.2018072118

Rocío Penalver

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