Изучение динамики молекулярных стекол с помощью рассеяния света

• Автор: Адищев, Сергей Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Байройт
• Количество страниц: 103 с. : ил.

Оглавление.
1 Введение
2 Феноменология динамики переохлажденных жидкостей и стекол
2 Л Корреляционная функция
2.2 Теория связанных мод
2.2.1 Основные уравнения МСТ
2.2.2 Асимптотическое масштабирование в рамках МСТ
2.3 Модели, описывающие быструю динамику в стеклах (Т < Т,л)
3 Экспериментальная методка
3.1 Введение
3.2 Экспериментальная установка
3.2.1 Тандем интерферометров Фабри- Перо
3.2.2 Описание эксперимента
4 Рассеяние света в 2- пиколине и м-трикресил фосфате
4.1 Экспериментальная проверка предсказаний МСТ
4.2 Спектры рассеяния света 2-пиколина и м-трикресил фосфата
4.3 Анализ экспериментальных спектров
4.4 Феноменологический подход
4.5 Обсуждение и выводы
5 Анализ эволюции динамической восприимчивости глицерина
5.1 Введение
5.2 Феноменологическое описание восприимчивости
5.3 Результаты
5.3.1 Анализ спектров
5.3.2 Анализ спектров в рамках МСТ........................:.. .
5.4 Обсуждение и выводы
6 Исследование процессов быстрой релаксации в стеклах с
помощью квази- упругого рассеяния света
6.1 Введение
6.2 Спектры рассеяния света
6.3 Анализ экспериментальных спектров
7 Изучение этанола и циано- циклогексана в фазах структурного стекла и ориентационного стекла
7.1 Введение
7.2 Эксперимент
7.3 Результаты и их анализ
7.3.1 Деполяризованное рассеяние света
7.3.2 Бриллюэновское рассеяние света
7.4 Обсуждение результатов
7.5 Заключение
8 Заключение
Приложение
Цитируемая литература

1. Введение.
Существует множество материалов, которые называются аморфными или разупорядоченными системами, в которых отсутствует дальний порядок. Жидкости, стекла, полимеры - хорошо известные и широко используемые материалы. Кроме того, кристаллы, имеющие ориентационное разупорядоче-ние также могут быть дополнены в этот список. Из-за своего широкого применения аморфные вещества постоянно являются объектом разного рода исследований.
Наиболее распространенным способом получения стекла является охлаждение жидкости со скоростью, достаточной для избежания кристаллизации. При этом жидкость называется переохлажденной. Во время охлаждения до состояния стекла наблюдается драматическое увеличение вязкости т|. Изменения происходят от значений г) ~ 10 Па-с, характерных для жидкости до значений т) ~ 10"13 Па-с, типичных для твердого тела. Такой переход от жидкости к твердому телу (стеклу) называется стеклованием. На ряду с увеличением вязкости наблюдается замедление молекулярных движений в переохлажденной жидкости, и время структурной релаксации (называемой также а-релаксацией) та монотонно растет от значений порядка 10"13 с в жидком состоянии до значений 102 с при температуре стеклования Тг.
В области '/(, жидкость выходит из состояния равновесия, так как время структурной релаксации становится больше времени проведения эксперимента. В процессе стеклования жидкость не претерпевает определенных структурных изменений. Однако некоторые характеристики жидкости, например, плотность и теплоемкость меняют свои температурные зависимости при пересечении температуры стеклования Тя.. Например, теплоемкость имеет ярко выраженный скачок при Т— Т%. Это свойство теплоемкости лежит в основе общепринятого экспериментального способа определения 7„ методом
БЬА (агЬ. ип.)
для пиколина и Т< 270 К для т-ТСР). Очевидно, что минимум спектра восприимчивости выполаживается при понижении температуры.
МСТ делает несколько предсказаний относительно температурного поведения х"тіп и утіп (см. выражение 2.17). С целью проверки этих предсказаний были построены графики на рис. 4.3(а) и 4.3(Ь) для 2- пиколина и т-ТСР, соответственно.

200 220 240 260 280 300 320 340 ’ 160 180 200 220 240 260 280 300
Т[К] т[к^
Рис. 4.3 Проверка предсказаний МСТ (детали в тексте).

. х (X./
■ Ттс, = 2.
2-рісоІіпе (а)
і 1 I С I 1 I 1___1__1__I_1_1__|_
Из рисунков видно, что воспроизводятся предсказываемые в рамках МСТ линейные зависимости (причем до высоких температур), и можно получить значение критической температуры Тс. Критическая температура Тс определяется в точке пересечения линии, экстраполирующей данные, с осью температур при нулевом значении оси ординат. Значения критической температуры, полученные из линейной экстраполяции (утщ)2ятс1, (%тт)2 И (Т„)'1/Утс4 несильно различаются для 2- пиколина, и среднее значение Тс= 162 ± 5 К. Для т-ТСР разброс значений больше и Тс= 250 ± 10 К. При этом отклонения от линейной экстраполяции начинается при температурах, больших Тс. Возможные причины этого отклонения будут обсуждаться позже в этой главе.
На рис. 4.4 изображена температурная зависимость та, которая была получена из анализа а- релаксации, измеренной с помощью разных экспериментальных методик: рассеяние света (Ьв), рассеяние нейтронов (N8) [35] и ди-