Neuer Aggregatzustand entdeckt: flüssiges Glas

Forscher der Universität Konstanz haben flüssiges Glas als neuen Aggregatzustand entdeckt. Dieser Zustand ist weder flüssig noch fest - flüssiges Glas wurde 20 Jahre lang nur vermutet. 

Ein in der Wissenschaft noch nicht komplett aufgeklärter Vorgang ist der Übergang von Glas von einem flüssigen in einen festen Zustand. Anders als bei anderen Materialien sind die Moleküle hierbei starr. Die Forscher Andreas Zumbusch und Matthias Fuchs haben mithilfe eines Modellsystems unlängst zudem ermittelt, dass sich die Teilchen in flüssigem Glas zwar bewegen, aber nicht drehen können. 

Kunststoffpartikel

Unter dem Lichtmikroskop wurden Gemische und Flüssigkeiten mit festen Teilchen in der Größe von einem Mikrometer, was einem Millionstel Meter entspricht, untersucht. Diese Gemische werden auch kolloidale Suspensionen genannt. Die Forscher erzeugten kleine Kunststoffpartikel und streckten und kühlten sie.

Sobald diese eine ellipsenähnliche Form erreichten, kamen sie in ein Lösungsmittel. „Aufgrund ihrer besonderen Form haben unsere Teilchen – im Gegensatz zu sphärischen Teilchen – eine Ausrichtung. Dies führt zu völlig neuen und bisher nicht untersuchten Arten von komplexem Verhalten“, erklärt der Studien-Hauptautor Zumbusch.

Orientierung friert ein

Zumbusch und sein Team veränderten im Anschluss die Partikelkonzentration in den Suspensionen und beobachteten ihre Translations- und Rotationsbewegung. „Bei bestimmten Teilchendichten friert die Orientierung ein, während die Translationsbewegung bestehen bleibt, was zu glasartigen Zuständen führt, bei denen die Teilchen sich in Clustern zusammenballen und lokale Strukturen mit ähnlicher Ausrichtung bilden.“

Flüssiges Glas entstehe, wenn sich diese Cluster gegenseitig behindern und räumlich zusammenhängen. Sie verhindern, dass flüssige Kristalle entstehen.

Die Forscher haben damit 2 miteinander agierende, aber konkurrierende Glasübergänge beobachtet. „Unsere Experimente liefern die Art von Beweisen für das Zusammenspiel zwischen entscheidenden Fluktuationen und glasartiger Verfestigung, nach denen die wissenschaftliche Gemeinschaft seit geraumer Zeit gesucht hat“, so Fuchs.

Die Studie wurde in der Fachzeitschrift PNAS veröffentlicht.