从一种液态到另一种液态的奇妙相变

东京大学一个研究小组以前所未有的细节描述了纯物质中罕见液相转变现象。通过展示由一种分子组成的液体如何在液体和玻璃态之间切换,这项研究可能会带来一种控制液体输运特性的新方法。相变包括诸如冰融化,或从茶壶中冒出的蒸汽等现象。然而,对分子排列如何变化的研究揭示了分子间相互作用强度的复杂细节。在传统相变过程中,就像铁棒熔化成熔化的金属一样,增加的热量会使原子剧烈地振动,从而打破它们的固态晶格结构,呈现出液态。

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博科园-科学科普:东京大学研究小组研究了一种罕见得多的相变类型:从一种液态到另一种液态。在这项研究中,他们发现,即使不改变温度,相对自由流动的亚磷酸三苯酯也可以逐渐变成玻璃态,在这种状态下,分子仍然是无序的,但流动性要差得多。根据分子在受到扰动后能以多快的速度弛豫,可以通过实验确定不同的相。该研究的第一作者田中肇(Hajime Tanaka)说:与直觉相反越来越多的实验和理论证据表明,即使是单一成分的物质也可能具有多种液态,发现相变可以以两种截然不同的方式发生。第一个阶段叫做“成核和生长”,这是一个缓慢的过程,需要在另一个阶段出现一个克服障碍的阶段才能开始。

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214k亚磷酸三苯酯液-液转变过程中介电损耗谱的时间演化。横轴是测量频率。随着时间的推移,流液的峰值频率逐渐降低,随着液-液相变的发生,流液的动力学特性急剧减缓。图片:2019 Hajime Tanaka, Institute of Industrial Science, The University of Tokyo

另一种类型是spinodal分解,在这种分解中转换可以顺利进行,没有任何障碍。研究人员还发现了一个临界温度,在这个温度之上只会发生有核生长,而在这个温度之下,棘突分解是可能的。从实用的角度来看,亚磷酸三苯基可能是研究液体到液体转变的最佳系统之一,因为这种转变发生在环境压力和中等温度下。相变,特别是那些涉及到从液体到玻璃态的转变相变,经常用于聚合物制造。这项研究可能大大增强我们优化和控制这些过程的能力。这项研究发表在《美国国家科学院院刊》上。

博科园-科学科普|研究/来自: 东京大学

参考期刊文献:《美国国家科学院院刊》

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