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第一次在玻璃材料上觀察到“表面熔化”現象

冰并不總是冰。即使在遠低于冰點的溫度下，它的表面也可以存在一層準液體原子膜，膜厚度通常只有幾納米。

形成過程被稱為預熔化(或“表面熔化”)，這就是冰箱里早已凍結的冰塊也能粘在一起的原因。

除了冰之外，我們還在各種具有晶體結構的材料中觀察到了預熔化的表層，這些材料內部的原子排列成整齊有序的晶格，如鉆石、石英和食鹽。

現在，科學家們第一次觀察到內里混亂的材料——玻璃——的表面熔化。

玻璃和冰看起來非常相似，但在原子尺度上非常不同。結晶冰是漂亮整潔的，而玻璃則是我們所說的無定形固體：它沒有真正的晶格可言。相反，它的原子雜亂無章地堆在一起，更像液體中的那樣。

想必大家預料到了，我們以前難以在玻璃表面上觀察到準液體預熔膜。

要想檢測這種薄膜狀液體層，通常要通過涉及散射中子或 X 射線的實驗。

但在玻璃中結構一泡污，所以散射的價值大大降低。

德國康斯坦茨大學的物理學家 Clemens Bechinger 和 Li Tian 采取了不同的方法。他們沒有直接測量玻璃的原子，而是創造了一種叫做膠體玻璃的東西——一種懸浮在液體中的微觀玻璃球懸浮液，其行為類似于玻璃中的原子。

由于球體比原子大 10000 倍，因此可以在顯微鏡下直接看到它們的行為，所以可以進行更詳細的研究。

使用顯微鏡和散射效應，Bechinger 和 Tian 仔細檢查了他們的膠體玻璃，發現了表面熔化的跡象；即，表面上的顆粒比其下方大塊玻璃中的顆粒移動得更快。

這并不意外。塊狀玻璃的密度高于表面的密度，這意味著表面顆粒實際上有更多的移動空間。然而，在表面下方的層中，顆粒始終比塊狀玻璃移動得更快，即使它們達到塊狀玻璃的密度。

研究人員在論文里寫道：“我們的研究結果表明，與晶體相比，玻璃的表面熔化在性質上有所不同，并導致表面玻璃層的形成。這一層包含在表面形成的高流動性粒子的協同簇，它們以幾十個粒子直徑的規模向材料深處擴散，遠遠超出粒子密度飽和的區域。”

由于表面熔化會改變材料表面的特性，因此理解這一現象就可以更好地理解玻璃材料。

例如，高表面遷移率可以解釋為什么薄聚合物和金屬玻璃膜與厚膜相比具有高離子電導率。我們已經將這種特性用于電池，薄膜充當離子導體。

該團隊的研究已發表在《自然·通訊》上。

https://www.sciencealert.com/weird-phenomenon-of-liquid-skin-discovered-on-the-surface-of-glass

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