無論您是喜歡無定形固體的粉絲還是喜歡在外面看到東西,玻璃都是一種很酷的材料。但是它如何在原子水平上起作用呢?當我們看不到(例如)金屬,Danny Devito和?玻璃到底是什麼?
玻璃是液體還是固體?
經常重複的“事實”實際上是一種液體,但它移動得太慢,我們看不到。通常伴隨著這個“事實”的想法是,舊教堂和大教堂的彩色玻璃窗在底部較厚,這是重力在幾個世紀以來將玻璃匯集的結果。事實並非如此。實際上,玻璃與液體有很多共同點,但也與固體共同。
那裡有很多眼鏡,但最容易專注於二氧化矽,這是大多數玻璃杯中的主要成分。當你加熱時沙子(Sio2)足夠融化成液體。在液態下,單個分子可以在材料中自由流動。但是,如果您足夠快地冷卻,與金屬和其他固體不同,它不會形成有組織的晶體結構,也不會形成由較小的晶體結構製成的多晶結構。
“隨著液體冷卻,其粘度通常會增加;但是粘度的增加具有防止結晶的趨勢。通常,當液體冷卻至其冰點以下時,晶體形成並固化;但是有時它會變得過冷,在下方保持液體,在下方保持下方的液體。它的熔點是因為沒有成核位點可以啟動結晶,”菲利普·吉布斯(Philip Gibbs)解釋了加利福尼亞大學河濱。
“如果粘度進一步冷卻時,粘度就足夠上升,它可能永遠不會結晶。粘度迅速,連續迅速上升,形成濃稠的糖漿,最終形成無定形的固體。分子隨後具有無序的排列,但足夠的凝聚力可以維持一些剛性。 “
玻璃是無定形的。
在這種狀態下,玻璃具有類似於液體和固體的特性,但不像經常重複的FACTOID所述的液體一樣流動。
“在短時間內,玻璃的行為就像是固體。但是玻璃的液體狀結構意味著在足夠長的時間內,玻璃經歷了一個稱為放鬆的過程,”材料科學家約翰·毛羅(John Mauro)和凱特琳·基爾奇納(Katelyn Kirchner)在一件文章中解釋對話。
“放鬆是一個連續但極慢的過程,一塊玻璃中的原子會慢慢將自己重新排列為更穩定的結構。超過10億年,一塊典型的玻璃將變形少於1納米 - 約1/70,000人頭髮的直徑。”
這種無定形的混亂結構允許光穿過它而無需發生了很多散射,就像光線如何通過水一樣。但這並不能真正解釋為什麼玻璃是透明的。為此,您需要讓電子參與其中。
我們為什麼可以透過玻璃看到?
當a光線擊中了堅固的材料,在亞原子水平上可能會發生一些事情。光子可以被材料吸收,通常用光子的能量加熱。在這種情況下,光子有效地消失了,這意味著沒有反射,也沒有像在玻璃和其他透明固體中那樣從材料的另一側出現光。
光子也可以反映。在這裡(一般而言,由於電磁主義是著名的,相當複雜的,因此光子被暫時吸收,然後發出相同波長的光子。
在這兩種情況下,感謝吸收,光無法通過對象。但是,光可以通過某些不變的材料(稱為變速箱)來製成。如果傳入光子的能量不足以使電子激發到更高的能量狀態,則不會吸收光子,而是可以通過。
在大多數材料中,可見光足以將電子激發到其較高的能量狀態,因此它們不是半透明的。但是在玻璃中,可能的能量狀態之間的差距是足夠大可見光不會將電子踢到更高的能級。
玻璃允許可見光穿過,紫外線是足以將電子激發到更高的能量狀態,因此這些光波長中的許多光無法通過,這就是玻璃給某些紫外線過濾特性的原因。