Das Team von Prof. Wang Junqiang am Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering (NIMTE) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften hat die exponentiellen Relaxationsereignisse während des Wiederherstellungsprozesses von Gläsern aufgedeckt und damit solide Beweise dafür geliefert, dass nicht-exponentielle Relaxationsspitzen in Gläsern zusammengesetzt sind eine Reihe exponentieller Relaxationseinheiten. Die Studie wurde veröffentlicht in Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften.
Nichtexponentielle Relaxation spiegelt die Natur von Gläsern wider, die zu den Forschungsschwerpunkten in der Physik der kondensierten Materie gehören. Die Hypothese, dass nichtexponentielle Relaxationsspitzen eine Reihe exponentieller Ereignisse enthalten, ist allgemein bekannt, wurde jedoch nicht bestätigt. Dies ist auf das Fehlen kritischer experimenteller Beweise, insbesondere eines systematischen exponentiellen Relaxationsspektrums in Gläsern, zurückzuführen.
Um dieses Problem anzugehen, haben die Forscher das exponentielle Entspannungsspektrum in Brillen während des Genesungsprozesses untersucht.
Die Enthalpie-Relaxationspeaks nach der Glühbehandlung wurden mithilfe einer hochpräzisen Nanokalorimetrietechnik gemessen, die universell für metallische Gläser und organische Gläser geeignet ist. Um das Enthalpie-Relaxationsspektrum zu vergleichen, wurden die dynamisch-mechanischen Spektren unter sinusförmiger Zugspannung mit einem dynamisch-mechanischen Analysator (DMA) gemessen.
Die Relaxationsspitzen zeigten exponentielle Eigenschaften, die mit der Debye-Funktion angepasst werden können. Die exponentiellen Entspannungsereignisse sind die Entspannungseinheiten in Gläsern. Es wird als Relaxun bezeichnet, als Abkürzung für Entspannungseinheit. Zusätzlich wurde die Aktivierungsenergie des Relaxationsspektrums bei verschiedenen Glühtemperaturen und Glühzeiten bestimmt.
Über einen weiten Temperaturbereich von 0,63 Tg bis 1,03 Tg wurde ein vollständiges Spektrum der exponentiellen Relaxationspeaks erhalten, das der DMA-Verlustmodulkurve ähnelte, was zeigt, dass die nicht-exponentiellen Relaxationspeaks in exponentielle Relaxationseinheiten unterteilt werden können. Mit anderen Worten: Das Spektrum kann durch eine mehrstufige Glühbehandlung präzise gesteuert werden.
Die Aktivierungsenergie deckt einen weiten Bereich von der α-Relaxation über die β-Relaxation bis hin zur schnellen γ/β′-Relaxation ab. Darüber hinaus wurden die quantitativen Beiträge verschiedener Relaxationsmodi zur Entwicklung der Nichtgleichgewichtsenthalpie während der Alterung gemessen.
Diese Arbeit beleuchtet die Erforschung der Nichtgleichgewichts-Thermodynamik sowie die präzise Modulation von Glaseigenschaften durch Entspannungsmodussteuerung.
Mehr Informationen:
Lijian Song et al, Nachweis des exponentiellen Relaxationsspektrums in Gläsern durch hochpräzise Nanokalorimetrie, Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften (2023). DOI: 10.1073/pnas.2302776120