一项新研究发现了玻璃中原子环结构的重要性，揭示了它们的稳定性如何影响玻璃的性能和转变温度。在了解玻璃分子动力学方面取得的这一进展有助于为高性能应用设计更好的玻璃产品。
玻璃越来越多地应用于各种高性能领域，包括消费和工业应用、军事和航空电子产品以及镀膜和光学产品。鉴于手机和喷气式飞机等产品对精度的严格要求，玻璃基板在整个制造过程中保持形状不变至关重要。
康宁公司（Corning Incorporated）是创新玻璃、陶瓷及相关材料的制造商，该公司投入大量资源研究不同类型玻璃的稳定性。最近，康宁公司的研究人员发现，了解玻璃材料中原子环的稳定性可以帮助他们预测玻璃产品的性能。这种能力非常重要，因为使用最广泛的玻璃是硅酸盐玻璃，它由不同尺寸的原子环以三维方式连接而成。
中子散射实验
在能源部橡树岭国家实验室进行的中子散射实验中，ORNL 和康宁公司的科学家们发现，随着玻璃中较小的、不太稳定的原子环数量的增加，玻璃的不稳定性或液态脆性也会增加。发表在《自然-通讯》（Nature Communications）上的中子实验结果揭示了硅酸盐玻璃的中程原子环结构与其液态脆性之间的明显相关性。当玻璃液冷却到玻璃转变温度时，其粘度会发生很大变化。在一定的温度变化下，脆性较大的液体的粘度变化会更大。
橡树岭国家实验室和康宁公司的科学家发现，随着玻璃中较小的、不太稳定的原子环数量的增加，玻璃的不稳定性或液态易碎性也会增加。
该研究论文的通讯作者、康宁公司助理研究员 Ying Shi 说："以前，科学家们一直不知道玻璃转变的驱动机制。人们并不清楚为什么某些类型的玻璃凝固得更快或更慢。"
Shi 和她来自康宁公司、加州大学洛杉矶分校和牛津大学的合作者与 ORNL Spallation Neutron Source 的 NOMAD 中子衍射仪光束线科学家合作，对工业常用的硅酸铝玻璃进行了研究。
利用最近开发和验证的中子散射数据分析工具 RingFSDP，研究小组从收集到的数据中找出了关键模式，揭示了玻璃中的液体脆性与其原子环稳定性之间的关系。
RingFSDP 是由康宁公司和 ORNL 科学家共同开发的免费开源程序，用于研究硅酸盐玻璃的原子环结构。它根据中子衍射数据中第一个尖锐衍射峰的形状推导出硅酸盐玻璃中的环尺寸分布。
"将玻璃转变温度范围与玻璃的基本结构特征联系起来，将对玻璃的设计和生产产生重大影响，"论文共同作者、康宁公司研究员道格拉斯-艾伦（Douglas Allan）说。"我们的工作表明，玻璃的原子环结构与其玻璃转变温度范围之间存在明显的相关性，因此玻璃的性能特征也与之相关。"
编译来源：ScitechDaily