東京大學(xué)一個(gè)研究小組以前所未有的細(xì)節(jié)描述了純物質(zhì)中罕見(jiàn)液相轉(zhuǎn)變現(xiàn)象。通過(guò)展示由一種分子組成的液體如何在液體和玻璃態(tài)之間切換，這項(xiàng)研究可能會(huì)帶來(lái)一種控制液體輸運(yùn)特性的新方法。相變包括諸如冰融化(固態(tài)到液態(tài))，或從茶壺中冒出的蒸汽(液態(tài)到氣態(tài))等現(xiàn)象。

然而，對(duì)分子排列如何變化的研究揭示了分子間相互作用強(qiáng)度的復(fù)雜細(xì)節(jié)。在傳統(tǒng)相變過(guò)程中，就像鐵棒熔化成熔化的金屬一樣，增加的熱量會(huì)使原子劇烈地振動(dòng)，從而打破它們的固態(tài)晶格結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)出液態(tài)。

博科園-科學(xué)科普：東京大學(xué)研究小組研究了一種罕見(jiàn)得多的相變類型：從一種液態(tài)到另一種液態(tài)。在這項(xiàng)研究中，他們發(fā)現(xiàn)，即使不改變溫度，相對(duì)自由流動(dòng)的亞磷酸三苯酯也可以逐漸變成玻璃態(tài)，在這種狀態(tài)下，分子仍然是無(wú)序的，但流動(dòng)性要差得多。根據(jù)分子在受到擾動(dòng)后能以多快的速度弛豫，可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定不同的相。該研究的第一作者田中肇(Hajime Tanaka)說(shuō)：與直覺(jué)相反越來(lái)越多的實(shí)驗(yàn)和理論證據(jù)表明，即使是單一成分的物質(zhì)也可能具有多種液態(tài)，發(fā)現(xiàn)相變可以以兩種截然不同的方式發(fā)生。第一個(gè)階段叫做“成核和生長(zhǎng)”，這是一個(gè)緩慢的過(guò)程，需要在另一個(gè)階段出現(xiàn)一個(gè)克服障礙的階段才能開始。

另一種類型是spinodal分解，在這種分解中轉(zhuǎn)換可以順利進(jìn)行，沒(méi)有任何障礙。研究人員還發(fā)現(xiàn)了一個(gè)臨界溫度，在這個(gè)溫度之上只會(huì)發(fā)生有核生長(zhǎng)，而在這個(gè)溫度之下，棘突分解是可能的。從實(shí)用的角度來(lái)看，亞磷酸三苯基可能是研究液體到液體轉(zhuǎn)變的最佳系統(tǒng)之一，因?yàn)檫@種轉(zhuǎn)變發(fā)生在環(huán)境壓力和中等溫度下。相變，特別是那些涉及到從液體到玻璃態(tài)的轉(zhuǎn)變相變，經(jīng)常用于聚合物制造。這項(xiàng)研究可能大大增強(qiáng)我們優(yōu)化和控制這些過(guò)程的能力。這項(xiàng)研究發(fā)表在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》上。

博科園-科學(xué)科普｜研究/來(lái)自:?東京大學(xué)

參考期刊文獻(xiàn):《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》

DOI: 10.1073/pnas.1822016116

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