Le verre est un matériau tellement commun que vous n'y pensez probablement pas beaucoup. Vous serez peut-être surpris d'apprendre que les chercheurs d'aujourd'hui ne comprennent toujours pas comment le verre se forme. Comprendre cela est important pour les industries du verre et de nombreuses autres applications surprenantes des verres.

Un casse-tête central en physique du verre est de savoir pourquoi un liquide de formation de verre devient si visqueux avant de former un verre. On ne sait pas si ce mouvement inhabituellement lent dans un liquide est principalement attribuable à des changements dans la structure spatiale. Un modèle physique reproduisant la forme du verre aiderait à résoudre ce débat.

Dans une étude publiée dans Lettres d'examen physique , des chercheurs de l'Université de Tokyo ont révélé une origine structurelle de la dynamique vitreuse lente. Leurs recherches visaient à comprendre comment un liquide devient plus visqueux en refroidissant et peut former un verre. Les chercheurs ont trouvé la corrélation entre la structure et le mouvement des particules dans les liquides simulés de formation de verre au niveau des particules individuelles et des assemblages de particules à plus grande échelle.

"Nous avons utilisé le concept d'information mutuelle pour comprendre l'interrelation entre l'arrangement local des particules et la dynamique dans les liquides verriers, " explique l'auteur principal de l'étude Hua Tong, qui est maintenant professeur assistant à l'Université Jiao Tong de Shanghai. "Nos résultats suggèrent que la structure spatiale contrôle le mouvement coopératif unique des particules observé dans les liquides formant du verre."

Les chercheurs ont basé leurs simulations sur un paramètre d'ordre structurel qui quantifie à quel point les particules peuvent s'agglomérer. Les simulations se sont concentrées sur les mouvements des particules attribuables à l'état d'origine des particules, c'est à dire., sur la structure spatiale. Avec le concept d'information mutuelle, les simulations ont montré que les particules s'organisent structurellement en assemblages qui se déplacent plus lentement que le reste des particules, comme on le voit dans un vrai verre.

"Nous n'avons trouvé aucune relation claire entre l'énergie potentielle au niveau des particules et le temps de relaxation, " dit Hajime Tanaka, auteur principal. "Cela suggère que la dynamique vitreuse lente est fondamentalement contrôlée par l'ordre structurel formé par les interactions interparticulaires, y compris les parties repoussantes et attrayantes."

Cette recherche liquide-verre a de nombreuses applications, y compris les vitres, fibres optiques et écrans tactiles intelligents améliorés. La viscosité ultra-élevée d'un matériau de formation de verre est très utile pour le déformer en une forme arbitraire. En comprenant ce qui contrôle la viscosité des liquides verriers, l'aptitude au façonnage de la forme peut être beaucoup améliorée.