无论您是喜欢无定形固体的粉丝还是喜欢在外面看到东西,玻璃都是一种很酷的材料。但是它如何在原子水平上起作用呢?当我们看不到(例如)金属,Danny Devito和?玻璃到底是什么?
玻璃是液体还是固体?
经常重复的“事实”实际上是一种液体,但它移动得太慢,我们看不到。通常伴随着这个“事实”的想法是,旧教堂和大教堂的彩色玻璃窗在底部较厚,这是重力在几个世纪以来将玻璃汇集的结果。事实并非如此。实际上,玻璃与液体有很多共同点,但也与固体共同。
那里有很多眼镜,但最容易专注于二氧化硅,这是大多数玻璃杯中的主要成分。当你加热时沙子(Sio2)足够融化成液体。在液态下,单个分子可以在材料中自由流动。但是,如果您足够快地冷却,与金属和其他固体不同,它不会形成有组织的晶体结构,也不会形成由较小的晶体结构制成的多晶结构。
“随着液体冷却,其粘度通常会增加;但是粘度的增加具有防止结晶的趋势。通常,当液体冷却至其冰点以下时,晶体形成并固化;但是有时它会变得过冷,在下方保持液体,在下方保持下方的液体。它的熔点是因为没有成核位点可以启动结晶,”菲利普·吉布斯(Philip Gibbs)解释了加利福尼亚大学河滨。
“如果粘度进一步冷却时,粘度就足够上升,它可能永远不会结晶。粘度迅速,连续迅速上升,形成浓稠的糖浆,最终形成无定形的固体。分子随后具有无序的排列,但足够的凝聚力可以维持一些刚性。 “
玻璃是无定形的。
在这种状态下,玻璃具有类似于液体和固体的特性,但不像经常重复的FACTOID所述的液体一样流动。
“在短时间内,玻璃的行为就像是固体。但是玻璃的液体状结构意味着在足够长的时间内,玻璃经历了一个称为放松的过程,”材料科学家约翰·毛罗(John Mauro)和凯特琳·基尔奇纳(Katelyn Kirchner)在一件文章中解释对话。
“放松是一个连续但极慢的过程,一块玻璃中的原子会慢慢将自己重新排列为更稳定的结构。超过10亿年,一块典型的玻璃将变形少于1纳米 - 约1/70,000人头发的直径。”
这种无定形的混乱结构允许光穿过它而无需发生了很多散射,就像光线如何通过水一样。但这并不能真正解释为什么玻璃是透明的。为此,您需要让电子参与其中。
我们为什么可以透过玻璃看到?
当a光线击中了坚固的材料,在亚原子水平上可能会发生一些事情。光子可以被材料吸收,通常用光子的能量加热。在这种情况下,光子有效地消失了,这意味着没有反射,也没有像在玻璃和其他透明固体中那样从材料的另一侧出现光。
光子也可以反映。在这里(一般而言,由于电磁主义是著名的,相当复杂的,因此光子被暂时吸收,然后发出相同波长的光子。
在这两种情况下,感谢吸收,光无法通过对象。但是,光可以通过某些不变的材料(称为变速箱)来制成。如果传入光子的能量不足以使电子激发到更高的能量状态,则不会吸收光子,而是可以通过。
在大多数材料中,可见光足以将电子激发到其较高的能量状态,因此它们不是半透明的。但是在玻璃中,可能的能量状态之间的差距是足够大可见光不会将电子踢到更高的能级。
玻璃允许可见光穿过,紫外线是足以将电子激发到更高的能量状态,因此这些光波长中的许多光无法通过,这就是玻璃给某些紫外线过滤特性的原因。