小分子玻璃材料玻璃化轉變的力學譜研究

《小分子玻璃材料玻璃化轉變的力學譜研究》是依託南京大學，由應學農擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：小分子玻璃材料玻璃化轉變的力學譜研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：應學農
• 依託單位：南京大學

項目摘要

結構玻璃化轉變是凝聚態物理最具挑戰性的問題之一。玻璃化轉變的研究同時也對生物、化學等其他領域有著深遠的影響。玻璃化轉變的理論一直在不斷的發展和更新。人們已經普遍接受玻璃化轉變的本質是一個動力學過程的觀點。對於玻璃化轉變動力學行為，人們廣泛使用介電譜這一實驗手段來研究，而力學譜的研究似乎更有利於闡明其本質。本項目基於我們近來一直探索研究的測量小分子材料玻璃化轉變的複合體系力學譜方法，計畫展開關於小分子玻璃材料的力學譜表征，玻璃化轉變溫度測量，多種力學譜測量結果的比較，力學譜與介電譜的比較研究。預期通過本項目的研究，獲得簡單方便的表征玻璃化轉變溫度的可靠實驗方法；給出玻璃化轉變力學譜與介電譜的統一唯象解釋；將力學譜的實驗結果與玻璃化轉變的相關彈性模型進行半定量的比較研究，從實驗上檢驗模型，最終深化對玻璃化轉變的認識。

結題摘要

結構玻璃化轉變的性質不僅是凝聚態物理的核心問題之一，它同時也對生物、化學等其他領域有著深遠的影響。越來越多的研究者開始關注玻璃化轉變的高溫端，粘滯液體的動力學問題。本項目中，我們基於近年來一直探索研究的用於測量小分子材料玻璃化轉變的複合體系力學譜方法，系統地研究了液體動力學和玻璃化轉變動力學問題。 首先，採取適當的近似方法，建立了固態沉積物和襯底組成的複合體系的振動方程。進行解析計算，得到了比之前更為嚴格的分離複合體系沉積物力學譜的公式，建立了複合體系力學譜研究方法的理論基礎。實驗上，我們選取不同的沉積方式來進行實驗驗證複合體系方法。我們推導了雙面沉積時沉積物力學譜分離公式。研究發現，單面沉積和雙面沉積得到結果比較一致，分析認為，該結果支持複合體系方法的可靠性。我們採用兩個簧振動模式的實時測量，得到了甘油力學譜，該結果與其他力學譜結果符合得比較好，從而進一步得到了複合體系方法研究小分子玻璃材料玻璃化轉變的實驗驗證。套用複合體系方法，我們研究了碳酸丙稀酯在玻璃化轉變、結晶和融化附近的力學譜變化，給出了碳酸丙稀酯晶體升溫接近融化時，存在表面融化的實驗證據，而碳酸丙稀酯玻璃升溫至過冷液體時，不存在此界面融化問題。這些研究結果說明，複合體系方法研究小分子的玻璃化轉變，其中的界面問題可以忽略。這從實驗上支持了複合體系力學譜方法的有效性。 我們還系統地考察了複合體系力學譜方法在液體揮發過程中的套用，一方面，相應研究可以用來驗證複合體系方法在小分子玻璃化轉變研究的可靠性，另一方面，也為液體動力學研究提供了新的方法。實驗採用有孔的不鏽鋼襯底，觀察到了複合系統的力學譜隨時間（液體揮發）的變化行為。系統的損耗表現出先上升，然後陡降的過程。我們分析得出液體表面波在有孔稱底複合系統中起著重要的作用。這些工作表明，複合體系力學譜方法還可以研究更多的其他液體動力學問題。