来自UAB和ICN2的研究人员已经开发出一种方法，首次可以在显微镜下实时观察玻璃加热并转变为过冷液相时发生的情况，称为“玻璃化转变”。这项研究发表在《自然物理》杂志上，对于蛋白质、细胞和活组织的低温保存，药物和电子设备的制造，以及组织工程都具有重要意义，在组织工程中，这种玻璃到液体的转变起着关键作用。
玻璃是一种固体材料，它的结构如此无序，以至于它可以被认为是一种粘度极高的液体。它存在于透明和彩色玻璃窗、电视屏幕和移动设备、光纤、工业塑料材料中，也存在于冷冻保存时的蛋白质、细胞结构和活组织状态中。
尽管它们很常见，但很难建立理论和模型来详细解释它们的行为。液体冷却变成玻璃的机制，以及相反，玻璃在加热时如何变成液体，这被称为“玻璃转变”，仍然没有完全理解。
物理学家仍然不确定这是否是一个相变，玻璃可以被认为是一种不同于液态和固态的热力学状态;或者玻璃只是一种过冷的液体，冷却到冰点以下，但保留了液体的性质，其原子或分子几乎没有流动性。理解这一过程的主要困难之一在于通过足够分辨率的显微镜观察它的挑战，因为过冷液体和玻璃的结构实际上是无法区分的。
由巴塞罗那大学Autònoma物理系(UAB)和加泰罗尼亚纳米科学与纳米技术研究所(ICN2)的研究人员领导的一个团队，在UPC和IMB-CNM-CSIC的参与下，提出了一种新的方法，可以在显微镜下直接观察当玻璃加热到玻璃化转变温度以上时发生的情况，称为“松弛”过程，将其转化为液体。
研究人员使用了超稳定的有机玻璃，这种玻璃是通过热蒸发制备的。它们比直接从液体中获得的传统玻璃密度更大，表现出更高的动力学和热力学稳定性。与传统玻璃不同的是，到目前为止，传统玻璃在材料的不同区域之间没有明显的区别，而是在整体上转变为液态，这种超稳定玻璃转变为过冷液态的方式与结晶固体转变为液态的方式相似，液相区域的形成逐渐变大。
这是一个已经被纳米热测量间接描述的过程，并且只在计算模型中观察到。UAB和ICN2的研究员克里斯蒂安·罗德里格斯·蒂诺科(Cristian Rodriguez Tinoco)说:“以前已经从这些模型中推断出，当涉及到超稳定玻璃时，所产生的液相区域之间存在着非凡的分离，但这从未被直接观察到。”
为观察这种转变而开发的新方法是将超稳定玻璃夹在具有更高转变温度的两层玻璃之间。当超稳定玻璃层被加热到其转变温度以上时，表面发生的不稳定性被转移到三明治的外层，并且可以用原子力显微镜直接观察到。
博士生Marta Ruiz Ruiz解释说:“这些是非常小的运动和压缩，在转变开始时只有几纳米的量级，但是足够大，可以用这种类型的显微镜精确测量，这种显微镜可以监测在转变温度以上出现的表面变形。”
这项工作可以实时跟踪玻璃的反玻璃化过程。它可以通过直接测量出现的液体域之间的距离来量化超稳定晶体向过冷液体弛豫过程的动力学，同时观察表面的变形及其随时间的演变。通过这种方式，我们可以确认这种玻璃中液体区域之间的距离是如何特别大的，以及这些距离与材料时间尺度的相关性，正如计算模型所预测的那样。
“我们所取得的微观描述首次使计算模型和物理现实之间的直接比较成为可能。我们相信这项技术在探索更小的时间和空间尺度上的玻璃转变方面也将非常有用，这将使我们更好地理解由冷却液体产生的不太稳定的玻璃的转变，”UAB和ICN2的研究员Javier Rodríguez Viejo总结道。
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希望本篇文章《首次在纳米级别直接揭示玻璃在升温过程中如何转变为液态》能对你有所帮助！
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