3D 成像研究揭示了原子如何堆積在無定形材料中

我們周圍的許多物質(zhì)，從食鹽和糖到大多數(shù)金屬，都排列成晶體。因為它們的分子以有序、重復的模式排列，所以對它們的結(jié)構(gòu)有很多了解。

然而，更多的物質(zhì)——包括橡膠、玻璃和大多數(shù)液體——都缺乏這種基本順序，因此很難確定它們的分子結(jié)構(gòu)。迄今為止，對這些無定形物質(zhì)的理解幾乎完全基于理論模型和間接實驗。

加州大學洛杉磯分校領(lǐng)導的研究團隊正在改變這種狀況。使用他們開發(fā)的一種方法來繪制三個維度的原子結(jié)構(gòu)，科學家們直接觀察了原子如何堆積在無定形材料樣品中。今天發(fā)表在《自然材料》雜志上的研究結(jié)果可能會強制重寫傳統(tǒng)模型，并為使用這些物質(zhì)的未來材料和設(shè)備的設(shè)計提供信息。

“我們相信這項研究將對未來對無定形固體和液體的理解產(chǎn)生非常重要的影響——它們是地球上最豐富的物質(zhì)之一，”該研究的資深作者、加州大學洛杉磯分校教授建偉“約翰”苗說。物理學和天文學，加州大學洛杉磯分校加州納米系統(tǒng)研究所的成員。“了解基本結(jié)構(gòu)可能會導致技術(shù)的巨大進步。”

從 1952 年英國物理學家弗雷德里克查爾斯弗蘭克的工作開始，流行的科學理解是液體或無定形固體中的原子和分子通常組合成 13 個組。該模型認為它們被配置為由一個中心原子或分子包圍由另外 12 個 - 圍繞中心粒子的兩個五個環(huán)，另一個覆蓋頂部，一個覆蓋底部。

為了模擬原子團或分子團如何在更大的尺度上組合在一起，科學家將這 13 個團塊概念化為 3D 形狀，將每個外部粒子視為一個角并將點連接起來，從而形成具有 20 個三角形面的固體，稱為二十面體，任何龍與地下城玩家都熟悉的 20 面骰子形狀。

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