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(Noticias de Nanowerk) Los vidrios son materiales especiales con excelentes y conocidas propiedades, pero también algunos fenómenos que aún no se comprenden del todo, aunque se han estudiado durante más de un siglo. En particular, los investigadores aún no han logrado una descripción completa del proceso de formación de vidrio cuando un líquido se enfría y la transición inversa del vidrio a un estado más estable, el llamado líquido sobreenfriado, cuando se calienta.
Un estudio publicado recientemente en física natural («Aparición de regiones líquidas equilibradas dentro del vidrio»), dirigida por miembros del ICN2 Thermal Properties of Nanoscale Materials Group, arroja nueva luz sobre este misterio.
Un vidrio es un sólido amorfo, un estado de agregación caracterizado por la falta de orden de largo alcance. En otras palabras, no tiene una estructura cristalina como un sólido «normal», pero sus moléculas tampoco pueden moverse como en un líquido debido a la viscosidad muy alta. Debido a que este estado no es energéticamente estable, los átomos o moléculas en los vidrios tienden a reorganizarse con el tiempo, lo que da como resultado configuraciones más estables. Este proceso de reconfiguración que ocurre naturalmente se ve facilitado por un aumento de la temperatura. Cuando un vidrio se calienta a su temperatura de transición específica, sus componentes ganan movilidad adicional y el material se convierte en un líquido sobreenfriado.
Convencionalmente, esta transición de vidrio a líquido se describe como un proceso dinámico en el que los átomos o moléculas experimentan una relajación cooperativa. Esto significa que las áreas del vidrio con una movilidad ligeramente mayor hacen que las zonas adyacentes cambien progresivamente a un estado líquido y alcancen una fase de equilibrio. Según esta teoría, el aumento de la movilidad es gradual y la relajación es cooperativa y casi uniforme en todo el material. ¿Pero es siempre así?
El estudio mencionado anteriormente, dirigido por el Prof. Javier Rodríguez-Viejo y el Dr. Marta Gonzalez-Silveira, jefa de grupo/investigadora principal del grupo ICN2 Thermal Properties of Nanoscale Materials y de la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB), proporciona una descripción más detallada de este fenómeno. Los investigadores demostraron experimentalmente que la transición de vidrio a líquido sobreenfriado puede, bajo ciertas condiciones, resultar de la rápida formación de áreas localizadas de líquido que tienen una movilidad mucho mayor que la del resto del material y que se expanden rápidamente.
Esto da como resultado que partes del material ya estén en una fase líquida estable mientras que otras todavía están vítreas, lo que no ocurre en la relajación cooperativa. Para que estos dos estados coexistan en áreas localizadas, la diferencia de movilidad entre el líquido y las partes de vidrio debe ser muy significativa.
Los autores demostraron que ambos mecanismos, es decir, la formación de dominios líquidos en expansión y la relajación cooperativa, pueden ocurrir al calentar el vidrio, según las condiciones del proceso. Cuál de los dos predomina está determinado por la temperatura específica del vidrio, pero no depende del proceso utilizado para formar el vidrio original ni de su estabilidad inicial.
Este estudio -cuyos coautores Ana Vila-Costa, Dr. Cristian Rodríguez-Tinoco y Marta Rodríguez-López son – fue posible gracias al uso de técnicas de laboratorio avanzadas como la nanocalorimetría, que permite observar la dinámica del vidrio a nanoescala y realizar mediciones en rangos de temperatura y escalas de tiempo que no se pueden lograr con métodos tradicionales. Estos resultados agregan nuevas partes importantes a la descripción del complejo proceso de transición de vidrio a líquido, abriendo el camino para nuevas teorías y estudios en profundidad.
Una comprensión más profunda de la física del vidrio permitirá que sus propiedades se utilicen para aplicaciones nuevas o mejoradas. En particular, este exótico mecanismo de conversión está detrás de la altísima estabilidad de los vidrios ultraestables depositados por vapor, incluidos los orgánicos, y por lo tanto puede tener un impacto positivo en la durabilidad de los dispositivos orgánicos o en la producción de vidrios metálicos con propiedades mecánicas mejoradas para revestimientos resistentes al desgaste y a la corrosión.
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