【科学】ガラスは固体と液体の中間状態−ガラスでは分子の再配置が絶えず起こっている− 東京大学 [ガーディス★]
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掲載日：2020年10月16日
東京大学大学院総合文化研究科の水野 英如助教、池田 昌司准教授、中国・上海交通大学のトン フア（Tong Hua）准教授、フランス・グルノーブル大学のモッサ ステファノ（Mossa Stefano）教授は、ガラス中の分子の熱運動をコンピュータシミュレーションによって詳細に観察・解析し、通常の固体では起こり得ない、特異な分子運動が生じていることを発見しました。
固体中の分子は、熱（温度）によって絶えず運動しており、この熱運動が熱容量や熱伝導率といった固体の物性・性質を決めています。つまり、固体の物性を理解するためには、分子の熱運動を理解することが必須なのです。通常、固体中の分子は、ある一つの配置のまわりを“振動”しています。ところが古くから、ガラスには分子の振動運動のみでは説明できない物性があることが指摘されており、したがって、振動以外に何か別の分子運動が存在することが示唆されてきました。
本研究は、“分子シミュレーション”と呼ばれる、物質を構成する分子一つ一つの運動を模擬するコンピュータシミュレーションを用いて、ガラス中の分子の熱運動を詳細に観察・解析しました。その結果、ガラスでは振動運動に加えて、分子の“再配置”が絶えず起こっていることを発見しました。すなわち、ガラスの分子は一つの配置のまわりを振動するのではなく、配置を時々刻々と変えながら振動することが分かったのです。この分子の再配置運動は、ガラスの液体的な性質を示すものと言えます。
今回の発見は、ガラス中の分子は“固体的な振動”と“液体的な流動”の中間的な運動を行っていることを明らかにしました。これは、ガラスが固体と液体の中間状態であることを提示するものあり、「ガラスは固体か、液体か」という長年の問いに一つの明確な答えを与えるものです。あるいは安定性の観点からみると、ガラスを“ギリギリ安定な固体”と捉えることもできます。そして、この“限界安定性”は、ガラスが形成される過程に由来するものと考えることができます。ガラスの形成過程にまで遡った理論研究によって、ガラスという物質の状態の基本的な理解が確立されることが期待できます。
https://www.u-tokyo.ac.jp/focus/ja/press/z0109_00442.html ガラス見りゃ固体って分かるじゃん
学者はバカなのかよw >>196
中世からある大聖堂のステンドグラスで計ったけど
それはないそうだよ >>199
くっつくんじゃね？
数百年単位だろうけど 「中世の教会を飾るステンドグラスは下部ほど厚い」。化学の授業ではその理由を、ガラスが長い時間をかけて液体のように下方へ流動するからだと習う。
ところが最近、ガラス形成の仕組みに関する基礎研究を行っていたグループが、類似した特性を持つ琥珀（こはく）の分子構造について、数千万年の間ほとんど変化しないという事実を突き止めた。
研究結果を発表したのは、アメリカのテキサス工科大学教授で、化学工学が専門のグレゴリー・マッケナ（Gregory McKenna）氏の研究グループ。マッケナ氏によると、「2000万年間の密度変化は、わずか2.1％だった」という。
◆琥珀はガラスと同じ非晶質
木の樹脂が化石化した琥珀は、規則的な原子配列が見られない非結晶性の物質（非晶質）だ。
アメリカ、ウィスコンシン大学の実験化学者マーク・エディガー（Mark Ediger）氏によると、「水晶のような結晶性の物質（結晶質）では、すべての原子が規則正しく配列しているので一部分の性質がわかれば全体を推測できる。
それに対してガラスのような非晶質には、規則性がほとんどない」という。
同じ非晶質の琥珀の特性には類似点が多く、ガラスの研究に応用されることになった。
マッケナ氏らの主要な研究テーマは、“ガラス転移”という現象である。特定の温度に達した物質が、ゴムのように柔らかい状態から硬くて割れやすい状態へと急激に変化する現象で、長年研究されているが未解明な点が多い。
例えば、状態変化する際に急速に流動性を失う理由などは、依然解明されていないという。エディガー氏は、「どのように考えるのが最善なのか見当がつかない」と語る。
◆広義の"ガラス"
ガラスと言えば、ケイ酸塩を主原料としている窓などに使われる透明な物質を思い浮かべるだろう。
科学の分野では、より広く非晶質（アモルファス）の固体はすべてガラス状態と見なされる。その意味では、プラスチックも金属もガラスに変化させることができる。
マッケナ氏らはガラス転移現象に関する理解をより深めるため、2000万年前のドミニカ産琥珀でいくつかの実験を行った。
その1つが応力緩和実験で、棒状の琥珀にさまざまな温度下で引張応力を加え、その間に琥珀が元の状態に戻ろうとする力が減少する割合を測定する。琥珀内の分子の振舞いに関する手掛かりが得るのが目的だ。
琥珀棒にひずみを与えるためには一定の力が必要となるが、力が消失するまでの時間を測定すれば、琥珀内の分子がどの程度素早く移動できるかがわかるとエディガー氏は説明する。
物質がガラス状態に固化するときの温度は、その物質が過去にどの程度の時間をかけて冷却されたのかに依存する傾向がある。何千年も前の琥珀を使うと、常温下でしかも緩慢にガラス転移現象を起こすことができるのだという。
時間をかけて冷却された物質ほどガラス状態に変化する温度は低くなる。ただエディガーの説明によれば、「10倍の時間をかけて液体を冷却したとしても、固化する温度はごくわずか低くなるだけだ」という。
2000万年前の琥珀に着目した理由がここにある。いわば膨大な時間をかけて冷却されたガラスであり、実験室で再現することは到底できない。
「固化する温度は相当低い。通常の琥珀であればガラス状態にある常温下でも、液体の状態にすることができる。
この物質が持つさまざまな特性を解明できれば、ガラスが形成される仕組みについてより多くの知見を得ることができるだろう」。エディガー氏はそう語る。
◆研究は続く
マッケナ氏らの研究グループは既に、今回よりさらに古い2億2000万年前、三畳紀の琥珀を使って同様の実験を行う準備を進めている。
「まだ初期段階にすぎないが、結論を得るまで続ける決意だ」とマッケナ氏は語る。
今回の研究結果は、「Nature Communications」誌オンライン版に4月30日付けで掲載されている。 昔からガラスは液体って言われてたろ
今更なんの記事なんだ？ >>196
国産の板ガラスですら、大正初期までは平滑度低いからね。
厚みが不均一で窓枠も隙間があると簡単に割れる。でも、
そういうのしか無かった。
>>204
猫は液体という研究論文もあるくらいだしｗ 定義自体が
一定の許容を持っている＝分かんないことが有るってことさ。
水の特性ですらナゼそうなってんのか究明できてないのだし。 >>66
クズを罵れば社会の役に立ったと錯覚できる単純脳の忘八野郎オハヨー >>200
ピッチドロップ実験なるモノが世間にはあってだな
もっと粘度が高いだけなのでは？という話だろ >>209
粘土の高い液体と大昔から言われてるけど、対流現象や他形態への
変異について分子レベルで観察出来ていなかったという所かな。
>1はコンピューターシミュレーションで、 >207は似た構造である
琥珀で検証するというもの。
簡単に言えば、振動や衝撃を受けても分子配置を変えながら個体状を
維持してるという理屈を確認したという訳だね。剛性で耐える固体に
対して、流体らしくいなしてるってコト。 東大でも総合文化研究科って何だよ。
材料系では液体だって常識だろうが。 ぼくのおちんちんは最近すっかり液体です(´･ω･`) ガラスの定義は一般人には難しい
最近多いスマホとかの強化ガラスは厳密にはガラスではないだろうし >>6
やだ……トングくらい変えればいいのに
🇷🇴同じトングで🍈回しぐい？！😋 >>172
「しゅみれーしょん」を書き直したくてたまらないでしょ？
ENTER押す前に、まず、書いた文章をちゃんと読みなおそうね >>10
50年どころか3000年以上前のガラス製品も発掘されているぞ 発見したって．．．確認したってこと？
とっくの昔から常識として知られてたよね？ 3000年も経てば
周りの砂粒とかで凹んだりしてるんだろうか?
見た限りじゃあまりそんな感じには見えないな。
また、釉薬のかかった須恵器の表面模ガラス質だが、発掘されたのは
変形してそうな感じがしない。 「今日心が固体と液体の中間状態なんで休みます」って言ってみよう まあ俺らのハートも移ろいやすいもんな(´・ω・｀) >>23
教会のガラスが流れて下が厚くなるっていうのは都市伝説
ガラスが数ナノm動くのに数十億年かかる。
最初から下が厚いだけ −270℃くらいになればカチコチの固体になるんじゃね？ >>10
中世の建物のガラスを見ると下のほうが厚くなってるらしい
半液体だから ガラスの少年時代つうからには見えないところで揺れ動いてたんだな
作詞家は未来人か物理学者 確か、30年ほど前にも同じことを聞いたけど、何か新しい発見なん？ そんなことより、猫は液体か固体かの議論に決着はついたのか？ 僕の心は
ひび割れたビー玉さ
のぞき込めば、君が逆さまに
う つ る 最初の東大なんちゃらかんちゃらって漢字の連続を見ただけで
俺なんてもう読む気しなくなっちゃったよ
その後の分子シミュレーションがどうたらこうたら言ってんのみて
「おめえバカじゃねえの？」って感じにしか思えないし
「ギリ安定な固体(ｷﾘｯ)」とか言い始めたとこでもう適当なことを言ってるようにしか思えなくなったわ よく分からんけど
分子同士が鎖でつながっててある程度は動ける状態が液体で
分子同士が棒でつながってて動けない状態が個体って事なのか？ 液体ガラスと固体ガラスの中間状態を狙ってシミュレートしたように見える
何℃のガラスだか書いてないし
参考 PDFより
＞今回の研究では、ガラスの微視的な破壊（すなわち再配置）は、ほんの僅かな熱（温度）を与えたとしても
＞発生することが分かりました。
＞すなわち、物質を液体状態から冷却していくと不安定性がどんどん解消されていき、
＞ついに安定性を得たタイミングで固化の過程が止まり、ガラスが形成されると考えるのです。
＞このとき得られたガラスは、ちょうど不安定領域と安定領域の境界線上でとまった状態、
＞つまり限界安定な状態にあると考えることができます。 マジか
ガラス割って修復する動画あるけど、
あの胡散臭い液剤はマジだったのか >>258
固体：分子が"移動せずに"ぷるぷる震えてる
液体：分子が"移動しながら"きゃっきゃしてる
大体そんなイメージで合ってる
>>1の説明だと分かりにくいけど、要は中間というより、完全に両方の性質を持ってる
全く形を崩さない固体であるけど、しかし内部では動いてる液体でもあると ガラスは常温では流動しない非結晶の液体
ってガラス業界では常識だったが科学的に証明はされてなかったのか
>>265
あれ自体が鏡
よく見る模様が彫られているのは裏面
表面を顔が映るほどピカピカに磨いたものが鏡面 ガラス水の中だとハサミで切れるってやったことある人いる？
あれまじ？ そもそも個体だの液体だのなんて感覚で決めてたんじゃないの？ｗ ところでガラスが高温で液体化するのは何となく理解できるが、固体化するとどんな風になるのか？ シミュレーションの結果は実験の裏付けがないとただのゴミ ただの非晶質だろ
アモルファス
温度が低いからなんとなく集まってるだけ 液体という極論もあったんだがまあマイルドになったもんだ 昔読んだ漫画で
「ガラスは個体に見えるが実は液体なんだ！古い教会のステンドグラスの下側が厚いのはその為だ！」
って台詞があったの思い出した。
この漫画のタイトルわかる人いる？ こんな前々から皆知ってたことをわざわざカネかけてテーマにする意味が分からないよ
東大は暇なんだな ﾈﾄｳﾖ「そんなことより中曽根永世名誉総理に敬礼！」 こういう分子の揺らぎでたんぱく質が作られ生命が誕生したとするとロマンしか生まれんな
知らんけど >>6
この人は無視かい？
フランス・グルノーブル大学のモッサ ステファノ（Mossa Stefano）教授 すごい事だけどこんな事がいまだに発見されてなかったんやね
素粒子！量子！がどうこうの時代に ■ このスレッドは過去ログ倉庫に格納されています
