純物質?從一種液態到另一種液態的奇妙相變

2020-12-05 博科園
博科園：本文為物理學類

東京大學一個研究小組以前所未有的細節描述了純物質中罕見液相轉變現象。通過展示由一種分子組成的液體如何在液體和玻璃態之間切換，這項研究可能會帶來一種控制液體輸運特性的新方法。相變包括諸如冰融化(固態到液態)，或從茶壺中冒出的蒸汽(液態到氣態)等現象。然而，對分子排列如何變化的研究揭示了分子間相互作用強度的複雜細節。在傳統相變過程中，就像鐵棒熔化成熔化的金屬一樣，增加的熱量會使原子劇烈地振動，從而打破它們的固態晶格結構，呈現出液態。

博科園-科學科普：東京大學研究小組研究了一種罕見得多的相變類型：從一種液態到另一種液態。在這項研究中，他們發現，即使不改變溫度，相對自由流動的亞磷酸三苯酯也可以逐漸變成玻璃態，在這種狀態下，分子仍然是無序的，但流動性要差得多。根據分子在受到擾動後能以多快的速度弛豫，可以通過實驗確定不同的相。該研究的第一作者田中肇(Hajime Tanaka)說：與直覺相反越來越多的實驗和理論證據表明，即使是單一成分的物質也可能具有多種液態，發現相變可以以兩種截然不同的方式發生。第一個階段叫做「成核和生長」，這是一個緩慢的過程，需要在另一個階段出現一個克服障礙的階段才能開始。

214k亞磷酸三苯酯液-液轉變過程中介電損耗譜的時間演化。橫軸是測量頻率。隨著時間的推移，流液的峰值頻率逐漸降低，隨著液-液相變的發生，流液的動力學特性急劇減緩。圖片：2019 Hajime Tanaka, Institute of Industrial Science, The University of Tokyo另一種類型是spinodal分解，在這種分解中轉換可以順利進行，沒有任何障礙。研究人員還發現了一個臨界溫度，在這個溫度之上只會發生有核生長，而在這個溫度之下，棘突分解是可能的。從實用的角度來看，亞磷酸三苯基可能是研究液體到液體轉變的最佳系統之一，因為這種轉變發生在環境壓力和中等溫度下。相變，特別是那些涉及到從液體到玻璃態的轉變相變，經常用於聚合物製造。這項研究可能大大增強我們優化和控制這些過程的能力。這項研究發表在《美國國家科學院院刊》上。

博科園-科學科普｜研究/來自: 東京大學參考期刊文獻:《美國國家科學院院刊》DOI: 10.1073/pnas.1822016116博科園-傳遞宇宙科學之美

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