Как сообщается на сайте Немецкого электрон-синхротрона DESY, проведенный в рентгеновской области эксперимент показывает возможный новый способ адаптации свойств очков.

На протяжении тысячелетий люди во всем мире экспериментировали с различными способами изготовления стекол с различными свойствами, нагревая их до тех пор, пока они не расплавятся, а затем снова охлаждая.

Группа ученых из Падуанского университета в Италии использовала источник рентгеновского излучения DESY PETRA III для изучения совершенно другой концепции: использование рентгеновских лучей для изменения стекла без его нагрева.

Стекло — это странное состояние материи: хотя оно выглядит как твердое тело, ему не хватает типичной кристаллической атомной структуры, характерной для большинства других твердых тел. Более того, атомы остаются на своих местах; они не диффундируют в материале, как в жидкости. Стекла могут иметь различные физические свойства. Процесс изменения свойств стекла, называемый отжигом, включает в себя повторный нагрев стекла до тех пор, пока оно не станет больше похожим на жидкость, а затем его охлаждение с различной скоростью. Это лучше всего видно у стеклодувов: они окунают стеклянную колбу в огонь, меняют ее форму в расплавленном состоянии своим дыханием, а когда закончат, обливают ее холодной водой. В зависимости от продолжительности и температуры используемого нагрева и охлаждения можно изготовить множество различных видов стекол: одни очень прочные, другие с тупыми краями, другие, способные выдерживать высокие температуры, и множество других возможностей.

Исследователи определили способ получения эффекта, аналогичного традиционному отжигу стекла с использованием рентгеновских лучей. Облучив тонкие срезы кремнезема (SiO₂) рентгеновскими лучами, генерируемыми источником света PETRA III в DESY, и изучив изменения в материале, команда смогла проследить движение атомов внутри образца. Результаты отличались от того, что происходит, когда стекло просто нагревают и плавят — вместо того, чтобы атомы текли друг вокруг друга с неизменно более высокой скоростью, в облученном образце некоторые из атомов имели тенденцию совершать сравнительно гигантские скачки внутри материала. Рентгеновский процесс происходил без изменения температуры стекла.

Понимание воздействия рентгеновских лучей на стекло может открыть многих новые и до сих пор неизвестные свойства стекла. Это исследование показывает, что можно адаптировать свойства очков с помощью излучения, а не тепла. В зависимости от области применения очки могут нуждаться в быстром охлаждении или закалке. Использование рентгеновских лучей было бы похоже на сверхбыстрое тушение. Какие свойства это обеспечит в различных ситуациях, будет темой будущих исследований. В примере, использованном в эксперименте, стекло стало более хрупким, но другие изменения состава стекла, энергии рентгеновского излучения и времени воздействия могли привести к совершенно другим эффектам.

То есть результаты показывают, что движение атомов в стекле больше похоже на движение заряженных частиц, ускоряющихся в межзвездном пространстве, чем на движение, ожидаемое в расплавленном стекле. Исследование может позволить лучше понять облученные материалы или даже новые стеклянные материалы с новыми физическими характеристиками.

Ссылка на публикацию, находящуюся в свободном доступе:

Stochastic atomic acceleration during the X-ray induced fluidization of a silica glass; F. Dallari et al. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2023; DOI: 10.1073/pnas.2213182120.