Dynamiczna heterogeniczność

Niejednorodność dynamiczna opisuje zachowanie materiałów szklistych podczas przejścia fazowego ze stanu ciekłego do stanu szklistego. W dynamicznej heterogeniczności dynamika chłodzenia do stanu szklistego wykazuje zmienność w obrębie materiału.

polimery

Właściwości polimeru obejmują lepkosprężystość i mogą być syntetyczne lub naturalne . Kiedy ciecz polimerowa jest schładzana poniżej temperatury zamarzania bez krystalizacji, staje się przechłodzoną . Gdy przechłodzona ciecz jest dalej schładzana, staje się szkłem .

Temperatura , w której polimer staje się szkłem w wyniku szybkiego schłodzenia, _nazywana jest temperaturą zeszklenia Tg . W tej temperaturze lepkość dochodzi do 10 ¹³ puazów w zależności od szybkości chłodzenia.

Przejścia fazowe

Możliwe jest zajście przemiany fazowej ze stanu polimeru w stan szklisty. Zeszklenie polimeru ma wiele determinantów, w tym czas relaksacji , lepkość i wielkość klatki. W niskich temperaturach dynamika staje się bardzo wolna (powoli), a czas relaksacji wzrasta z pikosekund do sekund, minut lub więcej. W wysokich temperaturach funkcja korelacji ma balistyczny dla bardzo krótkich czasów (kiedy cząstki nie oddziałują) i reżim mikroskopowy . W reżimie mikroskopowym funkcje korelacji zanikają wykładniczo w wysokich temperaturach. W niskich temperaturach funkcje korelacji mają reżim pośredni, w którym cząstki mają zarówno wolne, jak i szybkie relaksacje. Powolna relaksacja jest oznaką klatek w systemie szklistym. W stanie szklistym gęstość nie jest jednorodna, tzn. cząstki są zlokalizowane w różnych rozkładach gęstości w przestrzeni. Oznacza to, że w układzie występują fluktuacje gęstości. Dynamika cząstek staje się bardzo powolna, ponieważ temperatura jest wprost proporcjonalna do energii kinetycznej , powodując wzajemne uwięzienie cząstek w lokalnych obszarach. Cząsteczki wykonują ruch grzechoczący wewnątrz tych klatek i współpracują ze sobą. Te obszary w szklistym polimerze nazywane są klatkami. W reżimie pośrednim każda cząstka ma swój własny i inny czas relaksacji.

Dynamika we wszystkich tych przypadkach jest różna, więc przy małej skali w systemie występuje duża liczba klatek w stosunku do wielkości całego systemu. Jest to znane jako dynamiczna heterogeniczność w szklistym stanie układu. Pomiaru niejednorodności można dokonać, obliczając funkcje korelacji , takie jak parametr niegaussowski, czteropunktowe funkcje korelacji (podatność dynamiczna) i trzy funkcje korelacji czasowej .

Dalsza lektura

•   Berthier Ludwik; Biroli, Giulio; Bouchaud, JP; Cipelletti, Luca; Saarloos, Wim van (2011). Dynamiczne heterogeniczności w szklankach, koloidach i ośrodkach ziarnistych . Nowy Jork: Oxford University Press . ISBN 978-0-19-969147-0 .