第一次在玻璃材料上观察到表面熔化现象

冰并不总是冰。即使在远低于冰点的温度下，它的表面也可以存在一层准液体原子膜，膜厚度通常只有几纳米。

形成过程被称为预熔化(或“表面熔化”)，这就是冰箱里早已冻结的冰块也能粘在一起的原因。

除了冰之外，我们还在各种具有晶体结构的材料中观察到了预熔化的表层，这些材料内部的原子排列成整齐有序的晶格，如钻石、石英和食盐。

现在，科学家们第一次观察到内里混乱的材料——玻璃——的表面熔化。

玻璃和冰看起来非常相似，但在原子尺度上非常不同。结晶冰是漂亮整洁的，而玻璃则是我们所说的无定形固体：它没有真正的晶格可言。相反，它的原子杂乱无章地堆在一起，更像液体中的那样。

想必大家预料到了，我们以前难以在玻璃表面上观察到准液体预熔膜。

要想检测这种薄膜状液体层，通常要通过涉及散射中子或 X 射线的实验。

但在玻璃中结构一泡污，所以散射的价值大大降低。

德国康斯坦茨大学的物理学家 Clemens Bechinger 和 Li Tian 采取了不同的方法。他们没有直接测量玻璃的原子，而是创造了一种叫做胶体玻璃的东西——一种悬浮在液体中的微观玻璃球悬浮液，其行为类似于玻璃中的原子。

由于球体比原子大 10000 倍，因此可以在显微镜下直接看到它们的行为，所以可以进行更详细的研究。

使用显微镜和散射效应，Bechinger 和 Tian 仔细检查了他们的胶体玻璃，发现了表面熔化的迹象；即，表面上的颗粒比其下方大块玻璃中的颗粒移动得更快。

这并不意外。块状玻璃的密度高于表面的密度，这意味着表面颗粒实际上有更多的移动空间。然而，在表面下方的层中，颗粒始终比块状玻璃移动得更快，即使它们达到块状玻璃的密度。

研究人员在论文里写道：“我们的研究结果表明，与晶体相比，玻璃的表面熔化在性质上有所不同，并导致表面玻璃层的形成。这一层包含在表面形成的高流动性粒子的协同簇，它们以几十个粒子直径的规模向材料深处扩散，远远超出粒子密度饱和的区域。”

由于表面熔化会改变材料表面的特性，因此理解这一现象就可以更好地理解玻璃材料。

例如，高表面迁移率可以解释为什么薄聚合物和金属玻璃膜与厚膜相比具有高离子电导率。我们已经将这种特性用于电池，薄膜充当离子导体。

该团队的研究已发表在《自然·通讯》上。

https://www.sciencealert.com/weird-phenomenon-of-liquid-skin-discovered-on-the-surface-of-glass

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