2017年10月4日
固体玻璃的作用类似于移动非常缓慢的液体，这一事实可以通过观察旧窗玻璃底部的波浪看到。目前，一项创新的研究提出了玻璃的原子结构类似于液体的概念，至少对于一种被称为“无定形冰”的特殊类型的玻璃来说是这样的，这种玻璃是在极低的温度下冷却后形成的。
上面显示的是六边形冰压缩成高密度无定形冰的有代表性的快照。蓝色和红色球体代表水分子不同的局部环境，基于它们的局部秩序:蓝色代表有序的、六边形的冰状环境，红色代表无序的、高密度的、无定形的环境。左图:高压下(相变前)六角形冰的样品。中间面板:六角形冰与高密度非晶冰之间的相变。右图:高密度无定形冰样本。图片来源:普林斯顿大学Fausto Martelli等人提供
作为研究的一部分，来自普林斯顿大学纽约城市大学应用计算机模拟证明，无定形冰中的水分子以一种迄今未被发现的顺序排列，这在原始液体中是不包括的。这一发现已被报道在物理评论快报9月29日th这有助于阐明水的好奇和生命的特性。它也与“玻璃”一词的解释不一致。
玻璃最初是由液体的快速冷却形成的。根据普遍的知识，玻璃杯取代了原有液体的排列方式。然而，对于无定形冰，当液态水冷却时，一种新的有序的分子排列就会发生。
根据我们的研究结果，这些类型的玻璃不是简单的冷冻液体——这种说法不再成立了．我们本质上是在说，科学家们多年来一直相信的一个概念在一定程度上是错误的．
Fausto Martelli，普林斯顿大学化学系副研究员
在进行这项研究之前，科学家们已经知道，水的快速冻结(在外层空间经历的异常寒冷温度下发生)最终会出现一种不同于普通冰的不寻常物质。这种物质也被称为无定形冰，它不具有与普通冰相似的极其有序的晶体结构，因此研究人员将其归类为玻璃——一种液体，其运动速度已经减缓到冰川的速度。无定形冰在地球上非常罕见。然而，在普遍情况下，它们是水最丰富的形式。
这项新的研究发现，无定形冰中的分子以一种以前从未探索过的内部模式排列，称为无序超均匀性。无序超均匀性被解释为在大空间距离上的有序，尽管在短空间距离上不存在有序。无序的超均匀材料可以分为晶体(在长距离上极其有序欧洲杯足球竞彩)和液体(仅在短距离上有序)。
”这些大规模结构相关性的存在还没有被充分认识到，这正是我们想在这项研究中解决的问题该研究的合著者、化学教授塞尔瓦托·托尔奎托说。10年前，他与普林斯顿大学资深科学家弗兰克·斯蒂林格(Frank Stillinger)合作，成为第一个发现超均匀性的人。”在这些系统中呈现的信息是相当惊人的，并导致对材料的全新见解欧洲杯足球竞彩”静。
从那时起，他和他的团队在不同的情况下发现了高度均匀性，例如，鸡眼睛里的细胞排列。
除了马尔泰利和托尔夸托，这项研究的作者还有普林斯顿大学的Ralph w *31 Dornte化学教授Roberto Car和纽约城市大学布鲁克林学院的副教授Nicolas Giovambattista。Torquato和Car与普林斯顿材料科学与技术研究所合作。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球
为了分析无定形冰的内部结构，Martelli应用了一个计算机模型，该模型研究了8000多个水分子的行为，以模拟将水冷却到80°K或-316°F以下的后果。在如此低的温度下，水分子缺乏热量，使它们无法从一个地方移动到另一个地方，或在同一个地方旋转。
当温度等于或低于这个温度时，科学家们指出，超均匀排列是由计算机模拟得到的数据确定的。
我们不习惯找这么大的订单．然而，数学能让我们看清肉眼看不到的图案．
Fausto马特利说，普林斯顿大学化学系副研究学者
他们花了几个月的时间在高性能研究计算机上进行模拟，比如普林斯顿大学通过普林斯顿计算科学与工程研究所的TIGRESS集群。欧洲杯线上买球
通过模拟，科学家们对水的特性提出了质疑。水有许多异常的行为，使得它特别适合维持生命。其中一个反常现象是，与液态的水相比，晶体形式的冰密度更低，因此使冰能够漂浮，反过来又使生命能够在海洋和湖泊的冰下生存。
对水异常现象的一种可能的解释是，在极低的温度下，水可能以两种液态存在，而我们已知的只有一种液态。这里，一种液体的密度比另一种液体的密度大。由于技术问题，识别水在高密度和低密度状态之间的转化一直很困难。
这项研究为这两种状态的存在提供了间接的帮助，至少通过计算机模拟。Giovambattista在模型上模拟了高压的施加，发现压力的施加导致非晶冰的低密度状态转变为高密度状态。这两种状态之间的转换与水以两种液体形式存在一致。
深入了解非晶材料中存在的长程有序是一个正在进行的研究方向。欧洲杯足球竞彩这是因为敲击的高度均匀性可以带来更多的实际应用。非晶硅的超均匀性可能为调整电子特性提供了新的途径。调节材料超均匀长程顺序的潜力可能有助于研究人员开发高强度陶瓷或更耐用的玻璃。
根据Martelli的说法，无定形冰可以在实验室中合成，从而建立了超均匀性的证明。
美国能源部和国家科学基金会分别通过DE-SC0008626和DMR-1714722资助了这项研欧洲杯线上买球究。