由大阪大學工程科學研究生院助理教授 Nobuto Nakamura 領導的研究小組發現,當一種稱為膠體玻璃的材料受到不同頻率的振動時,結晶會在特定頻率下迅速進行。
當固體被加熱時,固體內會激發各種頻率的原子和分子振動,進而造成結晶。一般來說,當固體振動時,振動幅度會在特定頻率下增大,頻率由固體的形狀和尺寸決定。
研究小組發現,在看似原子和分子排列不規則的玻璃中,原子和分子的填充率存在變化,並且每個區域都會根據稀疏和分子的大小以特定頻率強烈振動。他們假設存在結晶效應,並認為如果以該頻率振動,則無需加熱即可結晶。
膠體玻璃由 1 微米(百萬分之一公尺)左右的細小顆粒在水溶液中隨機排列而成。它的獨特之處在於,儘管它具有與玻璃相同的隨機結構,但所有現像都緩慢發生。換句話說,在膠體玻璃中,與原子和分子振動相對應的粒子振動頻率較低,因此可以利用現有設備來驗證非晶態材料的結晶情況。這次,透過對頻率進行細微改變的實驗,我們發現,由於100Hz左右的振動,會發生快速結晶。這種現象無法用過去提出的結晶理論來解釋,闡明其機制是未來的研究主題。
這一結果證明了聲誘導結晶的可行性,並將導致開發一種新方法來製造可以替代熱處理的超高強度材料。人們還認為,透過超音波照射進行選擇性結晶是可能的,這有望導致由玻璃和晶體組成的新材料(聲子晶體)的開發。
論文資訊:【科學報告】機械振盪加速膠體玻璃結晶