Tiedotteet

Näytä tiedotekategoriat

Etusivu » Tiedotteet » Tiede ja tutkimus » Lasimaisen materiaalin atomirakenne selvitetty

Suomen Akatemia

Lasimaisen materiaalin atomirakenne selvitetty

Tiedote.
Julkaistu: 15.09.2011 klo 14:19
Julkaisija: Suomen Akatemia

Lasien atomi- ja elektronirakenteesta ja niiden vaikutuksista lasinmuodostumisprosesseissa on saatu uutta tutkimustietoa. Kansainvälisen tutkijaryhmän tutkimus liittyy olennaisesti Maan vaipassa esiintyvän magman eli laavan ominaisuuksiin, mutta tutkituilla yhdisteillä voi olla myös teknologisia sovelluksia uuden sukupolven kevyissä ja tiheissä laseissa, keramiikassa ja sementeissä. Tutkimus on osa Suomen Akatemian ja Japan Science and Technology Agencyn rahoittamaa yhteistyöhanketta. Tutkimus on julkaistu uusimmassa Proceedings of the National Academy of Sciences USA -lehdessä.

Tutkimus paljastaa uusia atomitason rakenteen yksityiskohtia magnesiumia sisältäville laseille, enstatiitille ja forsteriitille, jotka ovat maankuoressa yleisimmin esiintyviä, piistä ja hapesta koostuvia silikaattiyhdisteitä. Tutkimusryhmän jäsen, akatemiatutkija Jaakko Akola Tampereen teknillisestä yliopistosta kertoo, että enstatiitti on hyvä lasinmuodostaja: se voi jähmettyä lasimaiseen olomuotoon helpommin kuin forsteriitti, koska atomit kytkeytyvät monipuolisemmin toisiinsa.

”Saimme selville lasimaisen materiaalin atomirakenteen. Materiaalit ovat epäjärjestyneitä kuten nesteet, mutta kuitenkin kiinteitä, eikä niiden atomirakennetta voida suoraan mitata atomien epäjärjestyksestä johtuen, toisin kuin kidemäisillä aineilla. Pystyimme teorian ja kokeet yhdistämällä luomaan atomirakenteelle mallin, joka on sopusoinnussa kaiken kerätyn datan kanssa. Tutkimus osoittaa enstatiitin ja forsteriitin välillä merkittäviä eroja, joilla on vaikutuksia yhdisteiden lasinmuodostumisominaisuuksiin”, kertoo Akola, joka oli vastuussa tutkimuksen teoreettisesta osasta. 

 

Uutta tietoa lasinmuodostumisen periaatteista

”Tutkimuksemme osoittaa, että materiaalista on helpompi muodostaa lasia, kun sen atomirakenteessa on enemmän kompleksisuutta, toisin sanoen topologista epäjärjestystä eli erilaisia ’rakennuspalikoita’. Tällöin materiaali ei jäähdytettäessä pääse romahtamaan kidemäiseen perustilaansa vaan jumittuu energeettisesti korkeampaan, lasimaiseen olomuotoon.”

Tutkijat käyttivät sekä kokeellisia että teoreettisia menetelmiä. Forsteriittinäytteet tuotettiin leijuttamalla pientä määrää materiaalia aerodynaamisella levitointitekniikalla ja kuumentamalla sitä laserilla sulamislämpötilan yläpuolella.

”Materiaalin leijuttaminen oli tärkeää, sillä astiassa sulatetut näytteet olisivat jäähdytettäessä kiteytyneet seinämien vaikutuksessa. Tuloksena saatiin halkaisijaltaan muutaman millimetrin kokoisia kirkkaita amorfisia helmiä, joille suoritettiin röntgen- ja neutronidiffraktiomittauksia. Lisäksi materiaaleille suoritettiin raskaita atomi- ja elektronirakenteen simulaatioita Tieteen tietotekniikan keskus CSC:n ja Saksan valtion tutkimuskeskuksen supertietokoneilla.” 

”Alkuperäinen yhteistyöni japanilaisten kanssa puolijohdemateriaalien tutkimuksessa johti uuteen tutkimusprojektiin lasien parissa. Saimme uusia yhteistyökumppaneita myös Yhdysvalloista ja Isosta-Britanniasta”, Akola kertoo.

Lisätietoja:

Akatemiatutkija Jaakko Akola, Tampereen teknillinen yliopistoFysiikan laitos, jaakko.akola(at)tut.fi 

S. Kohara, J. Akola, H. Morita, K. Suzuya, J. K. R. Weber, M. C. Wilding, and C. J. Benmore, Relationship between topological order and glass forming ability in densely packed enstatite and forsterite composition glasses, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 108 (Vol.), 14780-14785 (2011).

 

Suomen Akatemian viestintä, tiedottaja Risto Alatarvas, p. (09) 774 88 345, 040 828 0648, etunimi.sukunimi(at)aka.fi

Liitteenä kuvat: Kaksi esimerkkiä paikallisesta atomirakenteesta amorfiselle enstatiitille ja forsteriitille. Magnesium    on väritetty vihreällä ja keltaisella lähinaapureiden lukumäärästä riippuen.

 

Liitetiedostot

Suomen Akatemian verkkosivut www.aka.fi

Tutustu julkaisijan muuhun lehdistöaineistoon

Hae kategoriasta

ePressin asiakkaita
Trafi Radisson Blu Tellabs