Вязкоупругие и теплофизические свойства жидкостей и стеклообразных систем в модели возбужденного состояния

• Автор: Цыдыпов, Шулун Балдоржиевич
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Улан-Удэ
• Количество страниц: 211 с. : ил.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ФИЗИКИ ЖИДКОСТЕЙ И СТЕКЛООБРАЗНЫХ ТВЕРДЫХ ТЕЛ

1.1 Стеклообразное состояние вещества

1.2 Модельные теории твердых тел и жидкостей

1.2.1 Теория свободного объема

1.2.2. Дырочная модель жидкости

1.3. Вязкость стеклообразующих жидкостей и стекол

1.3.1. Активационные теории вязкого течения

1.3.2. Валентно-конфигурационная теория вязкого течения стеклообразующих жидкостей

1.4. Статистическая теория жидкостей и аморфного твердого состояния

1.4.1. Молекулярные функции распределения конденсированных состояний

1.4.2 Уравнение Орнштейна-Цернике

1.4.3. Метод молекулярной динамики
Выводы к главе
ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА И ОБЪЕКТЫ
ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Экспериментальная установка для измерения скорости ультразвуковых волн
2.2. Измерения скорости звука. Электронная часть установки
2.3. Акустическая ячейка, электроввод и автоклав
2.4. Пьезометрические измерения
2.5. Термостатирование и измерение температуры
2.6. Погрешность измерений. Результаты контрольных измерений
2.7. Кварцевый вискозиметр
2.8. Методика измерения вязкости неорганических стекол
2.9. Подготовка вискозиметра к измерениям
2.10. Погрешность измерений вязкости
2.11. Дилатометр с малым измерительным усилием
2.12.Численный эксперимент для расчета основных теплофизических свойств
2.12.1. Алгоритмы молекулярной динамики
2.12.2. Потенциалы взаимодействия в компьютерных экспериментах
2.12.3. Расчет радиальной функции распределения
Выводы к главе
ГЛАВА 3. МОДЕЛЬ ВОЗБУЖДЕННОГО СОСТОЯНИЯ
СТЕКЛООБРАЗНЫХ ТВЕРДЫХ ТЕЛ И ИХ РАСПЛАВОВ
3.1 Введение
3.2. Модель
3.3. Критерий стеклования в модели возбужденного состояния
3.4. Условие стеклования и критерий плавления
3.5. Модель возбужденного состояния и внутреннее давление
3.6. Поверхностное натяжение и механизм образования возбужденного атома
3.7. Модель флуктуационного объема и флуктуационный свободный объем
Выводы к главе
ГЛАВА 4. ВЯЗКОСТЬ СТЕКЛООБРАЗНЫХ СИСТЕМ В ОБЛАСТИ СТЕКЛОВАНИЯ И МОДЕЛЬ ВОЗБУЖДЕННЫХ АТОМОВ
4.1. Вязкость и флуктуационный объем
4.2. Расчет основных параметров модели возбужденных атомов из уравненй вязкости
4.2.1. Уравнение Дулитла
4.2.2. Уравнение Вильямса-Ландела-Ферри
4.2.3. Уравнение Фогеля-Фульчера-Таммана
4.3. Скачок коэффициента теплового расширения при температуре стеклования и правило

Симха-Бойера
4.4. Термостимулируемая низкотемпературная релаксация пластической деформации стеклообразных систем в модели возбужденного состояния
4.4.1. Основные закономерности термостимулируемого восстановления пластической деформации
4.4.2. Модель возбужденного состояния и термостимулируемое восстановление пластической деформации
4.5. О природе флуктуационного объема
Выводы к главе
ГЛАВА 5. ВНУТРЕННЕЕ ДАВЛЕНИЕ СТЕКЛООБРАЗНЫХ ТВЕРДЫХ ТЕЛ
5.1. Уравнение состояния твердых тел. Внутреннее давление
5.2. Вывод уравнения максимального внутреннего давления
5.3. Сравнение с экспериментальными данными
5.3. Внутреннее давление и микротвердость стекол
5.5. Связь параметра Грюнайзена с коэффициентом Пуассона
5.6. Внутреннее давление и предел текучести аморфных полимеров
5.7.Внутреннее давление и скорость разрушения силикатных стекол
Выводы к главе
ГЛАВА 6. СТЕКЛОВАНИЕ АРГОНА В МОДЕЛИ ВОЗБУЖДЕННЫХ
АТОМОВ
6.1. Моделирование перехода простой жидкости в аморфное стеклообразное состояние
6.2. Расщепление второго пика радиальной функции распределения
6.3. Постоянство доли флуктуационного объема при температуре стеклования и правило
«двух третей»
Выводы к главе 6:
ГЛАВА 7. ОПИСАНИЕ СТЕКЛООБРАЗНЫХ СОСТОЯНИЙ ПРОСТЫХ МОЛЕКУЛЯРНЫХ СИСТЕМ С ПОМОЩЬЮ МОДИФИЦИРОВАННОГО УРАВНЕНИЯ ОРНШТЕЙНА-ЦЕРНИКЕ

7.1. Общая схема применения уравнения Орнштейна-Цернике
7.2. Микроструктура жидкостей и стекол
7.3. Простейший вариант модификации уравнения Орнштейна-Цернике
7.4. Модификация уравнения Орнштейна-Цернике применительно к стеклообразному
состоянию
Выводы к главе
ГЛАВА 8. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЖИДКОСТЕЙ И СТЕКЛООБРАЗНЫХ ПОЛИМЕРОВ
8.1. Скорость звука в исследовании структуры жидкостей и твердых тел
8.2. Термодинамические и акустические свойства жидкостей
8.3. Акустические свойства и молекулярное строение объектов исследования
8.4. Скорость звука в стеклообразных твердых телах
8.5.Расчет скорости звука методом молекулярной динамики и интегральных уравнений170
Выводы к главе
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ

Актуальность работы. Теплофизические и другие свойства стеклообразных твердых тел во многом определяются структурой жидкости, которая фиксируется в области стеклования. Вместе с тем в настоящее время нет общепризнанной теории перехода жидкость - стекло, а также нет полной ясности в природе жидкого и стеклообразного состояний вещества. Построение строгой статистической теории встречает большие трудности. Успехи, достигнутые в последнее время, касаются лишь равновесных свойств простых жидкостей со сферически симметричным парным потенциалом взаимодействия. Поэтому на данном этапе по-прежнему остается актуальным развитие приближенных моделей структуры жидкостей и стекол.
. Представление о том, что стеклование жидкости является фазовым переходом второго рода (теория Гиббса и Ди-Марцио [1]), подвергается серьезной критике (Волькенштейном М.В., Птицыным О.Б., Мойнихан С.Г., Мазу-риным О.В. и др.) [2]. Температура стеклования жидкости зависит от условий проведения эксперимента, в частности от скорости охлаждения. Поэтому стеклование жидкости, скорее всего, не является фазовым переходом, а относится к кинетическим, релаксационным явлениям [2-5] (Кобеко П.П., Бартенев Г.М., Кувшинский Е.В. и др.).
В силу широкого применения стеклообразных материалов на практике быстро накапливаются экспериментальные данные о физических свойствах известных и вновь синтезируемых стекол, в частности, металлических стекол [6-9], которые получают путем сверхбыстрого охлаждения расплавов металлов. Они нуждаются в теоретическом осмыслении.
Наряду с указанными вопросами в настоящее время имеет актуальное значение развитие современных численных методов (метода молекулярной динамики и метода Монте-Карло) применительно к неравновесному аморфному состоянию вещества. За последние два-три десятилетия появилась серия работ по численному моделированию процесса стеклования простых
Рис.2.8. Схема регулировки температуры термостата.
прибора на 1-2 см. от положения равновесия соответствует изменению температуры на 0.01-0.02°С. В целом температура изменяется вследствие тепловой инерции нагревателя в интервале не превышающем 0.05°С.
Величина стабилизируемой температуры устанавливается с помощью магазина сопротивлений Щ-34 используемого в схеме измерительного моста. Переменное сопротивление Я (рис.2.8), определяющее коэффициент
усиления операционного усилителя, позволяет от грубого поддержания температуры
около заданной величины перейти к точному.
Поскольку чувствительность усилителя достаточно высока, то часть схемы до фотодиодов требует тщательной экранировки от внешних полей.
Платиновое сопротивление, служащее датчиком температуры, помещается через изолирующую и экранирующую прокладку непосредственно на нагреватель муфеля термостата. Диапазон поддерживаемой температуры при использовании в качестве'датчика ПТС лежит в пределах 20-800°С, данная конструкция испытывалась нами в интервале температур 20-400°С и надежно поддерживала температуру в пределах 0.05°С.