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最新研究为更好地理解玻璃的光学特性奠定了基础

玻璃材料到处都可以看到。无论有人凝视着窗外，还是通过智能滚动屏幕，这之间操作方便总会有一层玻璃，不管他们在浏览什么什么。

尽管玻璃的存在已经有至少5000年的历史了，但对这种材料还有很多未知之处，比如某些玻璃的形成以及它们是如何获得某些性质的。更好地了解这一点可能会有助于新的技术创新，如无划痕涂料和具有不同机械性能的玻璃材料。

在过去的几年中，宾夕法尼亚大学的研究人员一直在研究稳定特性的玻璃材料，这种紧密排列的玻璃是由蒸气分子沉积到冷基体上而产生的。

#160;“有一个很大的问题，”ZahraFakhraai说，他房产中介是宾夕法尼亚大学艺术与科学学院化学系副教授，“这是否是类似与相同的非晶态的自然老化的玻璃如琥珀那种，即仅仅是一种液体的冷却，并经过许多年形成的。”

为了回答这些问题，Fahkraai和博士生TianyiLiu以及化学教授PatrickWalsh设计并合成了一种新的特殊分子，完美包裹在球形物体外。据fakhraai说，这些独特的分子可以不形成任何衬底沉积。正因为如此，研究者们希望这种玻璃是无定形的和各向同性的，这意味着它们的组成粒子，不管它们是原子、胶体还是谷粒，都以一种没有整体模式或秩序的方式排列。

令人惊讶的是，研究人员注意到这些稳定的玻璃是具有双折射特性的，这意味着光的折射率在平行于衬底的方向上是不同的，这在圆形材料中这种特性是不可能存在的。他们的研究结果发表在《物理评论快报》杂志上。

有双折射时，光在一个方向上发射会形成不同方向的光束。这种效应常常被用于液晶显示器：改变材料的方向使光与它发生不招聘车间工作技术人员数名同的相互作用，产生光学效应。在大多数沉积的玻璃中，这是分子在特定的方向上对齐的结果，因为它们从汽相中凝结成玻璃态。

稳定的玻璃中的双折射模式是十分奇怪的，Fakhraai说，研究人员不希望在材料中有任何圆形分子材料的方向性。

与物理学教授JamesKikkawa和博士生AnnemarieExarhos合作，后者实验研究了光致发光特性中分子的取向，化学教授JosephSubotnick帮助模拟仿真，旨在寻找在晶体结构和计算，这允许他们能够算出双折射的数学值或者非晶态的序度，研究人员证实了他们的预感，在材料中并没有方向性。

尽管在玻璃中测量为零级，科学家们仍然看到了双折射，类似于高达30%的分子完全有序时的情况。通过他们的实验，他们发现这是由于沉积层的每一分层的性质，使得分子在沉积过程中在垂直于表面的方向上更紧密地包合。玻璃密度越大，双折射越高。这个过程可以通过控制衬霸州底温度来控制致密程度。

#160;“我们能够证明这是在这一快速过程中的一种独特的性质，”Fakhraai说。“这是一种新的结构，它非常独特，因为你没有任何方向，但你仍然可以平均操纵分子距离，仍然有一个随机的，具有双折射的整体。这也教会了我们很多关于如何实际进入这些低状态阶段的过程，但也提供了一种工程控制光学性质的方法，而不必在材料中产生某些有序结构。

由于这些压力源在平面上的分布不同，这些玻璃具有不同的力学性能，这可能对涂层技术有帮助。也许可以操纵玻璃的方向或它的分层，使其具有某些性质，如形成防划伤涂层。

#160;“我们认为，如果我们要在玻璃表面中加入某种东西，”Fakhraai说，“它会在这一侧形成不同的韧性。这可能会改变其断裂模式或硬度或弹性性能。我想了解形状、方向和包装如何影响这些涂层的力学特性，多功能鞋将是未来应用中十分有趣的地方之一。”

据Fakhraai说，这个研究的一个最激动人心的部分是基本特性方面，现在能够表明可以存在高密度的非晶相。她希望她和其他辅助设计研究人员能够从研究这些系统来了解在高老化玻璃中会发生什么。

“这告诉我们实际上可以真的填充一些材料制作出具有优良的抗老化特性的玻璃材料，”Fakhraai说。“这就有可能更好地从根本上理解我占比较大们制造稳定眼镜的过程。