Стекло считается крайне простым материалом: человечество научилось его изготавливать несколько тысяч лет тому назад и до сих пор в этом процессе ничего принципиально не изменилось. Что во времена античности, что сейчас стекловары делают одно и то же: плавят при высокой температуре кварцевый песок и получают вязкий, тягучий и прозрачный материал, которому легко придать почти любую нужную форму.

При этом обычно объясняется, что стекло хотя и твердый, но аморфный материал, в котором атомы и молекулы не связаны кристаллической решеткой. Почему именно стекло формирует такую аморфную структуру и не образует кристаллов, как большинство минералов и природных материалов, ученые до сих пор не знали. Исследователи из Бристольского университета, австралийской Канберры и Токио попытались показать на «наглядном пособии», что именно происходит со стеклом при застывании.

Для эксперимента был создан своего рода «симулятор» стекла. Ученые создали искусственный гель, коллоидную взвесь со сравнительно крупными частицами — до нескольких нанометров. Такую структуру уже можно было рассмотреть в микроскоп, тогда как для того, чтобы изучать строение обычного стекла, столь простой техники было бы недостаточно. После этого гель стали охлаждать, рано или поздно он должен был застыть и стать твердым телом. Однако кристаллизироваться он не стал. Как заключили исследователи, которыми руководил британец Пэдди Ройялл, и гель, и стекло, застывая, «хотят» стать кристаллом, но сформировать полноценную решетку у них не получается.

Коллоидные частицы начинают группироваться, собираются вместе и формируют отдельные структуры, которые, по мнению ученых, напоминают икосаэдры. В геометрии так называют одно из т.н. «платоновых тел» — правильный многогранник, каждая из 20 граней которого представляет собой равносторонний треугольник. Однако эти гелевые икосаэдры с точки зрения кристаллизации безнадежны, поскольку соединиться друг с другом в единую решетку у них не получается. В результате даже охлажденный материал остается аморфным, отдельные многогранники «трутся» друг о друга, гель остается твердым, но не слишком прочным.

Как предполагают ученые, со стеклом происходит то же самое: остывая, молекулы собираются в икосаэдры, но не достигают стадии кристалла. Такую идею, по словам Ройялла, еще в 50-х годах прошлого века высказал бристольский физик Чарльз Фрэнк, однако ему тогда не удалось ее проверить: помешало отсутствие экспериментальной методики. Впрочем, в подробностях рассмотреть, что именно происходит внутри остывающего стекла, не получилось и у наших современников, но они вышли из положения, создав действующую модель загадочного бытового материала.

Время новостей