Finalmente nos estamos acercando al misterio de la desconcertante fuerza del vidrio.

Un cristal de ventana o una copa pueden romperse con bastante facilidad, pero el vidrio sólido es en realidad mucho más rígido y fuerte de lo que técnicamente debería ser, considerando su composición molecular.

Ahora los científicos están más cerca de revelar la fuente de esta fuerza secreta.

Usando un modelo de computadora recientemente diseñado para comprender cómo las partículas atómicas en el vidrio podrían mantenerlo unido, a pesar de la falta de una estructura ordenada clásicamente, un nuevo estudio observa que estas partículas pueden construir una columna vertebral portadora de fuerza antes que el vidrio no se enfríe completamente desde un estado inestable y viscoso.

Los cálculos han demostrado que la columna vertebral de las partículas bajo tensión dentro del vidrio viscoso ha alcanzado con éxito el umbral de percolación, el punto en el que esta red de partículas es lo suficientemente densa para soportar el material y mantenerlo fuerte.

Cuando un material granular está tan comprimido que forma un sólido, piense en la compactación de granos de arena, por ejemplo, los investigadores describen el sólido resultante. como un ‘sistema bloqueado’. Estos sistemas tienen algunas similitudes con lo que se usa en el vidrio de enfriamiento, y el equipo usó su modelo de computadora para comparar los dos.

«A temperatura cero, un sistema bloqueado mostrará correlaciones de largo alcance en el estrés debido a su red de percolación interna», dice el físico Hua Tong, de la Universidad Jiao Tong de Shanghai en China.

«Esta simulación mostró que lo mismo es cierto para el vidrio incluso antes de que se enfríe por completo».

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Glass es uno de un grupo de sólidos amorfos que no tienen el orden normal de largo alcance y el patrón de red en sus átomos y moléculas que se encuentran en los cristales, aunque también son fuertes en forma enfriada.

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En cambio, una pequeña proporción de las partículas agregadas está estresada, en medio del caos y el desorden general, desde una perspectiva microscópica. Sin embargo, estas partículas portadoras de fuerza deben primero propagarse o filtrarse lo suficiente a través del material, y este estudio destaca cómo se produce esta filtración cuando el material sufre. lentes de transición.

Las partículas en esta red crítica deben estar conectadas por al menos dos enlaces fuertes, explican los científicos, en cuyo punto se puede formar una red que conecta todo el sistema, aunque la mayor parte de la disposición molecular es desordenada.

El vidrio es uno de los materiales más fascinantes para los científicos, sobre todo porque cambia mucho dependiendo de si se calienta o enfría. Incluso podría representar un nuevo estado de la materia a muy bajas temperaturas.

Los estudios incluso han demostrado que el vidrio aparentemente desafía las leyes de la termodinámica, confundiendo las predicciones científicas sobre cómo debería comportarse en determinadas condiciones. Todos estos descubrimientos significan que el estudio del vidrio no se trata solo del vidrio en sí, sino de todo lo que creemos que es cierto en física.

Desarrollar vidrio más fuerte, rígido y duradero es útil en todo tipo de productos, desde utensilios de cocina hasta teléfonos inteligentes, y los investigadores esperan que sus hallazgos conduzcan a más innovaciones prácticas para este material, así como a pruebas del material. laboratorio más detallado.

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«Nuestros hallazgos pueden allanar el camino para una mejor comprensión de los sólidos amorfos desde un punto de vista mecánico», dice el físico Hajime Tanaka, de la Universidad de Tokio.

La investigación fue publicada en Comunicaciones de la naturaleza.

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