Особенности релаксационных процессов в макроскопически неоднородных и аморфных материалах

• Автор: Баинова, Альбина Борисовна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 118 с. : ил.

Содержание:

Глава 1. Релаксационные процессы: типы релаксации и способы их описания

1.1. Механическая релаксация

1.2. Электрическая релаксация и релаксация заряда в проводящих

средах

1.3. Структурная релаксация

1.3.1. Термодинамический подход к описанию структурного

стеклования

1.3.2. Релаксационная теория стеклования

1.3.3. Теория свободного объема

1.3.4. Вязкое течение в области стеклования

1.3.5. Механизмы вязкого течения
Глава 2. Релаксационные процессы немаксвелловского вида в неоднородных средах
2.1. Релаксация в модели гребешковой структуры
2.2. Обобщение гребешковой модели на многомерный случай
2.3. Распределение электрических полей и частотная дисперсия проводимости в бикристалле
2.4. Растекание заряда в модели слоистой среды
2.5. Обобщенные релаксационные уравнения дробного порядка
2.6. Выводы.
Глава 3. Вязкое течение и пластическая деформация в модели возбужденных атомов.
3.1.Модель возбужденных атомов
3.1.1 .Основные параметры модели возбужденных атомов
3.1.2. Процесс стеклования жидкостей. Связь условия стеклования с критерием плавления Линдемана
3.1.3. Поверхностное натяжение расплавов
3.2. Вязкое течение стеклообразных жидкостей в области стеклования
3.2.1. Уравнение вязкости

3.2.2. Доля флуктуационного объема при температуре стеклования
3.2.3. О природе возбужденных атомов
3.2.4. Коэффициент теплового расширения флуктуационного объема
3.3. Пластическая деформация стеклообразных твердых тел
3.3.1. Механизм пластической деформации
3.3.2. Предел текучести
3.3.3. О корреляции между пределом текучести и температурой стеклования
3.3.4. О кинетике изменения флуктуационного объема
3.3.5. Выводы
4. Заключение
5. Приложение 1. Интегро-дифференцирование дробного порядка
5.1. История интегро-дифференцирования дробного порядка
5.2. Основные определения: интегралы Римана-Луивиля, интегралы Вейля, их свойства
5.3. Примеры вычислений
5.4. Дробное дифференцирование аналитических функций
5.5. Преобразования Фурье и Лапаласа и дробное интегро-дифференцирование
6. Приложение 2. Параметр Грюнайзена
6.1. Связь критического смещения атома с параметром Грюнайзена
6.2. Макроскопическая пластическая деформация
и параметр Грюнайзена
7. Литература

Актуальность проблемы.
В последние годы наблюдается значительный интерес к
исследованию неупорядоченных систем, в том числе, стеклообразных материалов. Необходимость исследований обусловлена следующими обстоятельствами. Во-первых, это связано с широким применением неупорядоченных материалов на практике. Трудно перечислить все области промышленности и техники (электроника, приборостроение, волоконная оптика и т. д.), в которых неупорядоченные материалы не играли бы существенной роли. Во-вторых, в настоящее время накоплен значительный экспериментальный материал о физических свойствах известных и вновь создаваемых неупорядоченных материалов, который нуждается в
теоретических интерпретациях. В третьих, научный интерес к
исследованию неупорядоченных систем связан с тем, что развитие физики систем с неупорядоченной структурой во многом определяет современный уровень физики конденсированного состояния вещества. В четвертых, в настоящее время подробно исследованы кристаллические твердые тела, применительно к которым разработаны эффективные структурные методы и теоретические подходы. Однако многие методы и понятия традиционной физики кристаллических твердых тел нельзя непосредственно применять для описания неупорядоченных сред, поскольку последние не обладают трансляционной инвариантностью. Отсутствие трансляционной симметрии привело к тому, что к настоящему моменту фактически отсутствует последовательная теория неупорядоченных систем.
К числу нерешенных проблем относится и вопрос о природе перехода аморфных веществ из жидкого в твердое стеклообразное состояние. Одни авторы (Гиббс, ДиМарцио) считают, что стеклование жидкости является фазовым переходом второго рода, другие
исследователи (Волькенштейн, Бартенев) развивают представление о том, что переход жидкость-стекло не относится к фазовым переходам, а является релаксационным процессом. Отметим также, что зачастую отсутствует даже качественное понимание ряда явлений, протекающих в некристаллических твердых телах, например, эффекта пластичности стекла.

ГЛАВА 3. ВЯЗКОЕ ТЕЧЕНИЕ И ПЛАСТИЧЕСКАЯ ДЕФОРМАЦИЯ В МОДЕЛИ ВОЗБУЖДЕННЫХ АТОМОВ.
Одним из основных подходов, описывающих молекулярнокинетические процессы в жидкостях и стеклах, является теория свободного объема [12]. Как известно, в рамках концепции свободного объема было дано объяснение механизма и описание процесса стеклования в стеклообразных твердых телах и их расплавах [12, 29].
Однако концепция свободного объема не может удовлетворительно описать ряд экспериментальных фактов. Наиболее часто отмечают противоречие между зависимостью вязкости от температуры г(Т) при постоянном объеме и выводом теории свободного объема о постоянстве вязкости 1/=сопя1 при К~сопй1 [8, 46 - 51]. .Кроме того, остается не совсем ясным физический смысл флуктуационного свободного объема V/, который рассчитывается по данным о кинетических свойствах и вблизи температуры стеклования Тг составляет всего лишь 2-3% от общего объема системы V [1, 12]. Он на порядок меньше классического ван-дер-ваальсового свободного объема Ур, определяемого по плотности упаковки атомов в стеклах (25ч- 30%)[12, 51].
В связи с этим возникает необходимость дальнейшего развития теоретических подходов. В настоящей главе предлагается дальнейшее развитие представления о доминирующей роли критических смещений возбужденных атомов в молекулярно-кинетических процессах и ставится задача изложения формализма теории свободного объема без привлечения понятий о «дырке» и «свободном объеме». Отказ от этих терминов и переход на язык модели возбужденных атомов позволяет избежать путаницы и кажущихся противоречий в данной области физики полимеров и стекол [8, 50, 52].
3.1. Модель возбужденных атомов.
3.1.1. Основные параметры модели возбужденных атомов.
В сильновязких жидкостях и стеклах в той или иной форме учитываются критические смещения частиц при их локальных перегруппировках [53 - 62]. Наша модель основана на предположении о существовании в аморфной конденсированной среде небольшого числа