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?yàn)樗鼈兊姆肿右杂行?、重?fù)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(shí)驗(yàn)。

加州大學(xué)洛杉磯分校領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)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(gè)維度的原子結(jié)構(gòu)，科學(xué)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(qiáng)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(jì)提供信息。

“我們相信這項(xiàng)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(xué)洛杉磯分校教授建偉“約翰”苗說。物理學(xué)和天文學(xué)，加州大學(xué)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(dǎo)致技術(shù)的巨大進(jìn)步。”

從 1952 年英國物理學(xué)家弗雷德里克查爾斯弗蘭克的工作開始，流行的科學(xué)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(gè)組。該模型認(rèn)為它們被配置為由一個(gè)中心原子或分子包圍由另外 12 個(gè) - 圍繞中心粒子的兩個(gè)五個(gè)環(huán)，另一個(gè)覆蓋頂部，一個(gè)覆蓋底部。

為了模擬原子團(tuán)或分子團(tuán)如何在更大的尺度上組合在一起，科學(xué)家將這 13 個(gè)團(tuán)塊概念化為 3D 形狀，將每個(gè)外部粒子視為一個(gè)角并將點(diǎn)連接起來，從而形成具有 20 個(gè)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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