कांच विज्ञान और विट्रीफिकेशन

कांच विज्ञान इस बात का अध्ययन करता है कि क्रिस्टलीकरण से बचने के लिए पर्याप्त तेज़ी से ठंडा किया गया पिघला हुआ पदार्थ कैसे एक अनाकार ठोस में जम जाता है, और परिणामी यादृच्छिक नेटवर्क कांच के गुणों को कैसे निर्धारित करता है।

Definition

विट्रीफिकेशन एक कांच का निर्माण है — एक अनाकार ठोस जिसमें लंबी दूरी का क्रम नहीं होता है — एक तरल को इतनी तेज़ी से ठंडा करके कि वह क्रिस्टलीकरण को बायपास कर जाता है और कांच संक्रमण पर जम जाता है; कांच विज्ञान ऐसी सामग्रियों की संरचना, निर्माण और गुणों का अध्ययन करता है।

Scope

यह विषय कांच के निर्माण और संरचना को शामिल करता है: सुपरकूल्ड तरल का कांच संक्रमण के माध्यम से विट्रीफिकेशन, यादृच्छिक-नेटवर्क मॉडल जो बताता है कि कैसे सिलिका जैसे नेटवर्क-बनाने वाले ऑक्साइड एक सतत लेकिन अव्यवस्थित ढांचा बनाते हैं, और श्यानता, विस्तार और स्थायित्व को अनुकूलित करने में नेटवर्क संशोधक और मध्यवर्ती की भूमिका। यह कांच बनाने की क्षमता, कांच संक्रमण तापमान, और ऑप्टिकल और रासायनिक कांच के रासायनिक आधार का भी वर्णन करता है।

Core questions

• जब एक तरल कांच में विट्रीफाई होता है तो संरचनात्मक रूप से क्या होता है?
• कौन से ऑक्साइड कांच नेटवर्क बनाते हैं, और संशोधक की क्या भूमिका है?
• क्या निर्धारित करता है कि एक पिघला हुआ पदार्थ कांच बनाता है या क्रिस्टलीकृत होता है?
• कांच संक्रमण पिघलने से कैसे भिन्न है?

Key concepts

• अनाकार ठोस
• नेटवर्क बनाने वाले, संशोधक और मध्यवर्ती
• कांच संक्रमण तापमान
• सुपरकूल्ड तरल
• कांच बनाने की क्षमता
• यादृच्छिक नेटवर्क

Key theories

कांच का यादृच्छिक-नेटवर्क सिद्धांत

ज़ाचारियासेन ने प्रस्तावित किया कि कांच संबंधित क्रिस्टल में पाए जाने वाले समान पॉलीहेड्रा के एक सतत त्रि-आयामी नेटवर्क से बने होते हैं, लेकिन लंबी दूरी की आवधिकता के बिना जुड़े होते हैं, उन नियमों के साथ जो पहचानते हैं कि कौन से ऑक्साइड ऐसे नेटवर्क बना सकते हैं।

कांच संक्रमण और सुपरकूल्ड तरल पदार्थ

एक कांच बनाने वाले पिघले हुए पदार्थ को ठंडा करने पर, श्यानता तेजी से बढ़ती है और तरल कांच संक्रमण पर संतुलन से बाहर हो जाता है, एक अनाकार ठोस में जम जाता है; संक्रमण एक गतिज, न कि थर्मोडायनामिक, घटना है जिसका तापमान शीतलन दर पर निर्भर करता है।

Mechanisms

जैसे-जैसे कांच बनाने वाला पिघला हुआ पदार्थ ठंडा होता है, क्रिस्टलीकृत होने के लिए आवश्यक परमाणु पुनर्व्यवस्था शीतलन दर के सापेक्ष बहुत धीमी हो जाती है; श्यानता भिन्न होती है और अव्यवस्थित तरल संरचना गतिज रूप से जम जाती है, जिससे एक व्यवस्थित क्रिस्टल के बजाय एक अनाकार नेटवर्क बनता है।

Clinical relevance

कांच विज्ञान ऑप्टिकल चश्मे और फाइबर, कंटेनर और फ्लैट ग्लास, रासायनिक रूप से टिकाऊ प्रयोगशाला कांच के बर्तन, और सीलिंग और इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए विशेष चश्मे का आधार है; नेटवर्क रसायन विज्ञान का नियंत्रण प्रत्येक अनुप्रयोग के लिए आवश्यक अपवर्तक सूचकांक, थर्मल विस्तार और रासायनिक स्थायित्व निर्धारित करता है।

History

टैमन के बीसवीं सदी की शुरुआत के अध्ययनों ने कांच के सुपरकूल्ड-तरल प्रकृति को स्थापित किया। ज़ाचारियासेन के 1932 के यादृच्छिक-नेटवर्क सिद्धांत ने फिर संरचनात्मक आधार दिया कि कौन से ऑक्साइड कांच बनाते हैं और उनके नेटवर्क कैसे व्यवस्थित होते हैं, आधुनिक कांच विज्ञान को तैयार करते हुए, जो नेटवर्क रसायन विज्ञान को कांच के ऑप्टिकल, थर्मल और यांत्रिक व्यवहार से जोड़ता है।

Key figures

• William Houlder Zachariasen
• Gustav Tammann

Seminal works

• zachariasen1932
• shelby2005

Frequently asked questions

पिघलने और कांच संक्रमण के बीच क्या अंतर है?

पिघलना एक निश्चित तापमान पर एक तीव्र, संतुलन संक्रमण है जहां एक क्रिस्टल एक तरल बन जाता है। कांच संक्रमण एक सुपरकूल्ड तरल का एक अनाकार ठोस में एक क्रमिक, गतिज जमना है जो तापमान सीमा पर निर्भर करता है कि सामग्री को कितनी तेज़ी से ठंडा किया जाता है।

सिलिका इतनी आसानी से कांच क्यों बना सकती है?

सिलिका कोने-साझा करने वाले टेट्राहेड्रा से बनी होती है जो लंबी दूरी के क्रम की आवश्यकता के बिना एक सतत नेटवर्क में जुड़ सकती है। इसके बंधन मजबूत और दिशात्मक होते हैं, इसलिए एक क्रिस्टल में पुनर्व्यवस्थित होना धीमा होता है, और यहां तक कि मामूली शीतलन दर भी अव्यवस्थित नेटवर्क को कांच में जमा देती है।