Skip to main content
main-content

25.09.2015 | Werkstofftechnik | Im Fokus | Onlineartikel

Perfektes Glas aus weichen Kolloiden

Autor:
Dieter Beste

Der Glaszustand gibt Werkstoffforschern immer noch Rätsel auf. Jülicher Wissenschaftler konnten nun den Zusammenhang zwischen der Bewegung einzelner Teilchen und den makroskopischen Fließeigenschaften bis hin zu dem Punkt aufhellen, an dem das Material glasartig erstarrt.

Gläser weisen in vielerlei Hinsicht widersprüchliche Eigenschaften auf. Gewonnen werden sie meist durch das Abkühlen einer Flüssigkeit, das so rasch vonstattengeht, dass die Moleküle nicht zu einer geordneten Kristallstruktur zusammenfinden. Die mikroskopische Struktur von Gläsern ähnelt daher der einer Flüssigkeit, doch mechanisch verhalten sie sich eher wie ein Festkörper. Und auch ihre Dynamik, also das Verhalten von Gläsern bei Bewegung, passt nicht so recht ins Schema. Für gewöhnlich hängt die Fließfähigkeit einer Lösung direkt damit zusammen, wie beweglich die einzelnen Teilchen sind. Aber schon kurz vor dem Glasübergang wird dieser Zusammenhang außer Kraft gesetzt.

Grund dafür ist die zunehmend unterschiedliche Mobilität der Teilchen: Zu den frei beweglichen Teilchen gesellen sich immer mehr Partikel, die fest an einen Ort gebunden sind. Die Beweglichkeit eines einzelnen Teilchens ist damit kaum noch repräsentativ für die Fließfähigkeit der gesamten Lösung. Interessant ist auch die Tatsache, dass Flüssigkeiten kurz vor dem Glasübergang nicht weiter der Stokes-Einstein-Gleichung gehorchen, mit der sich die Beziehung zwischen der Viskosität einer Flüssigkeit und der Diffusionsgeschwindigkeit ihrer Teilchen beschreiben lässt, wie etwa in Basiswissen Physikalische Chemie auf Seite 224 ausgeführt.

Im Gleichschritt bis zur Erstarrung

Weitere Artikel zum Thema

Das Besondere an den nach eigener Rezeptur entwickelten Kolloiden, die Jülicher Forscher nun gemeinsam mit Partnern aus den USA, Italien, Österreich, Kolumbien und Schweden untersucht haben, ist, dass diese Beziehung bis zum Glasübergang gültig bleibt. Mithilfe von Computersimulationen und Experimenten konnten die Forscher zeigen, dass die gelösten Kolloide so lange einheitlich beweglich bleiben, bis die Lösung zum Glas erstarrt. Die gelösten Partikel sind dabei deutlich größer als die Moleküle (in der Regel Silikate), aus denen normale Trink- und Fenstergläser bestehen. Entscheidend für das Verhalten der Jülicher Kolloide, ist offenbar deren außergewöhnliche Weichheit. Ihre Ergebnisse haben die Forscher jetzt in Physical Review Letters veröffentlicht. Für die Praxis eröffnen sich demnach neue Möglichkeiten, die Fließeigenschaften von Nanomaterialien zu verbessern.

Weiterführende Themen

Die Hintergründe zu diesem Inhalt

2014 | OriginalPaper | Buchkapitel

Was ist Glas?

Quelle:
Werkstoff Glas

2010 | OriginalPaper | Buchkapitel

Elektrochemie

Quelle:
Basiswissen Physikalische Chemie

2014 | OriginalPaper | Buchkapitel

Gläser

Quelle:
Chemie der Werkstoffe

Premium Partner

    Marktübersichten

    Die im Laufe eines Jahres in der „adhäsion“ veröffentlichten Marktübersichten helfen Anwendern verschiedenster Branchen, sich einen gezielten Überblick über Lieferantenangebote zu verschaffen. 

    Bildnachweise