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        奧斯汀?安吉爾(1933—2021)

        2021-09-07 08:08:20編譯許林玉
        世界科學 2021年8期
        關鍵詞:安吉爾玻璃化奧斯汀

        編譯 許林玉

        奧斯汀?安吉爾是一位具有遠見卓識的探索者,主要研究玻璃和液態(tài)極限。

        奧斯汀?安吉爾(Austen Angell)是一位全能型物理化學家。他在玻璃和液體領域取得了諸多開創(chuàng)性的實驗發(fā)現(xiàn),這些物質形態(tài)至今仍困擾著眾多科研人員。在其工作基礎上,化學家、物理學家和工程師在基礎研究以及燃料電池等應用領域,想到了更多有關這些材料的研究方法。2021 年3 月,安吉爾與世長辭,享年87 歲。

        當冷卻速度足夠快時,液體不會結晶,而是形成非晶態(tài)固體,即玻璃。液體和玻璃既致密又無序,所以無法用晶體理論進行解釋,因為晶體既致密又有序;也無法用氣體理論加以解釋,因為氣體為無序結構且不致密。因此,有關從液體向玻璃態(tài)轉化的本質以及最常見的液體——水——在低溫下具有何種特性等問題長期存在,至今仍是備受關注的熱門話題。在過去50余年,安吉爾率領團隊開展研究,以期在這些問題上形成共識,并為此貢獻了眾多奠定該領域地位的發(fā)現(xiàn)和概念。

        安吉爾出生并成長于澳大利亞堪培拉。他先是進入澳大利亞墨爾本大學學習化學冶金,后在美國費城賓夕法尼亞大學與約翰?博克里斯(John Bockris)一起研究熔鹽。1961 年,他在倫敦帝國理工學院完成了博士學位?;氐侥珷柋敬髮W后,安吉爾對從硝酸鉀和硝酸鈣熔體中提取的纖維癡迷不已——這些纖維是形成玻璃的簡單無機分子。

        1966 年,安吉爾進入美國普渡大學工作。他開始研究水溶液,水具有多種不同尋常的特性,比如在4°C 時可達到最大密度。安吉爾指導過眾多才華橫溢的學生和博士后,其中就包括羅賓?斯皮迪(Robin Speedy)。他們證明了水可以變得更加與眾不同,因為它可以過度冷卻,即在冰點以下仍能保持液態(tài)。當溫度下降時,比熱和壓縮性等關鍵特性提升得更快。這表明存在一個熱力學極限,一旦超過了該極限,過冷水就無法保持液態(tài)。這一想法現(xiàn)在被稱為“斯皮迪-安吉爾猜想”。得益于此項工作,人們開始對過冷水的應用產(chǎn)生強烈興趣,包括將一種液相轉化為另一種液相的可能性,這一興趣一直延續(xù)至今。

        安吉爾擁有一種非凡的能力,能夠察覺連接不同系統(tǒng)的模式。他繪制了不同玻璃化溫度下液體的黏度如何隨溫度變化的圖表(安吉爾圖),從而便于比較玻璃化液體的特性。安吉爾圖顯示,液體可形成連續(xù)光譜——從黏度逐漸變化并接近玻璃化的“強液體”到實現(xiàn)玻璃化轉變時黏度陡然加速變化的“脆液體”。安吉爾創(chuàng)建的分類法簡潔明了,為玻璃材料的研究奠定了基礎。

        安吉爾一直對離子在液體和玻璃中的擴散和傳導感興趣,并先后將其應用于諸如熔鹽、離子液體、離子導電玻璃和電池電解質等系統(tǒng)。他的工作不僅涉及基礎研究,也關注實際應用,構建了固體電解質(如離子導電玻璃)電導率的理論上限,并引領現(xiàn)代電池技術不斷向前發(fā)展。

        盡管從本質上說,安吉爾是一個實驗主義者,但他很快意識到計算機的巨大潛力。20 世紀70 年代,他和同事進行了一系列有關熔融二氧化硅和硅酸鹽的初步模擬,其成果很快為計算地質學家所用。自此,安吉爾經(jīng)常參與有關玻璃性能和水特性的計算研究,以尋找實驗結果背后的機制。1989 年,安吉爾進入亞利桑那州立大學。安吉爾將在研究玻璃的過程中構建的理論推廣到蛋白質折疊、低溫保存等領域。

        作為一位執(zhí)著的探索者,安吉爾喜歡旅行,熱衷參加會議。他像連接器一樣總是能把不相干的想法聯(lián)系起來,提供全新視角。安吉爾還擅長交際,謙遜幽默,充滿了個人魅力。他的真知灼見意義深遠,影響眾多領域。對于安吉爾的許多學生和同事而言,他既是偶像,也是真正的朋友,還是靈感的源泉。

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