Flash DSC應(yīng)用新進(jìn)展| 玻璃態(tài)物質(zhì)指數(shù)弛豫譜的探測

時間：2023-6-1 閱讀：610

引言

玻璃是我們?nèi)粘Ｉ钪凶畛Ｒ姷囊环N材料，種類非常豐富，有金屬玻璃、氧化物玻璃、有機(jī)玻璃等。在實際生產(chǎn)制備中，玻璃的熱歷史會造成結(jié)構(gòu)/應(yīng)力不均勻性，降低玻璃的性能和熱穩(wěn)定性。為了消除熱歷史的影響，就需要對玻璃進(jìn)行退火處理。退火主要是利用玻璃在玻璃轉(zhuǎn)變溫度以下原子/分子弛豫來消除結(jié)構(gòu)/應(yīng)力不均勻性。然而，玻璃態(tài)物質(zhì)的弛豫非常復(fù)雜，有γ/β′弛豫、β弛豫和α弛豫等，而且不同弛豫模式間存在耦合和記憶效應(yīng)，為精準(zhǔn)調(diào)控弛豫帶來挑戰(zhàn)。

一般認(rèn)為，等溫退火過程中存在多重動力學(xué)轉(zhuǎn)變現(xiàn)象，且不同弛豫階段對玻璃態(tài)材料的硬度、塑性、磁性等性能的調(diào)控側(cè)重不同。比如，在β弛豫階段超聲可以加快晶化形核過程，而α弛豫則與晶體的擴(kuò)散生長密切相關(guān)。理論認(rèn)為，玻璃態(tài)材料的弛豫行為主要表現(xiàn)為兩種形式：一種是宏觀弛豫來自具有指數(shù)特征的局域弛豫譜的疊加，即非均勻性假說；另一種是局域弛豫與宏觀弛豫譜具有相同的擴(kuò)展指數(shù)行為，即均勻性假說。但有關(guān)弛豫譜起源的直接實驗證據(jù)仍然缺乏，這也是導(dǎo)致精準(zhǔn)退火困難的根本。因此，研究玻璃態(tài)物質(zhì)弛豫機(jī)制，對理解玻璃態(tài)本質(zhì)以及優(yōu)化玻璃性能具有重要意義。

成果掠影

中科院寧波材料所王軍強(qiáng)研究員團(tuán)隊從玻璃態(tài)物質(zhì)弛豫能量變化角度出發(fā)，利用高精度納米差示掃描量熱儀研究了金屬玻璃、高分子玻璃和小分子玻璃在不同退火溫度和退火時間下的弛豫行為，并提出“弛豫子"概念和定量表征方法?！俺谠プ?的發(fā)現(xiàn)為通過精準(zhǔn)退火技術(shù)開發(fā)性能優(yōu)異的玻璃態(tài)材料提供了新思路。

梅特勒托利多公司閃速差示掃描量熱儀Flash DSC2+

研究成果：
“Detecting the exponential relaxation spectrum in glasses by high-precision nanocalorimetry"發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, PNAS）。

核心創(chuàng)新

利用高精度閃速差示掃描量熱儀Flash DSC測量了金屬玻璃、高分子玻璃和小分子玻璃在不同退火條件下的熱流變化，發(fā)現(xiàn)不同退火溫度和退火時間下的熱流弛豫峰可以利用德拜方程描述，類似于晶體中的聲子，具有明確的特征弛豫時間，故將這種動力學(xué)過程稱為“弛豫子"。本工作構(gòu)建的熱流弛豫譜表現(xiàn)出與力學(xué)弛豫譜的一致性，表明玻璃態(tài)物質(zhì)的譜峰來自弛豫子的非均勻疊加。而且，弛豫激活能隨退火溫度和退火時間的演化滿足經(jīng)典弛豫模式，即從γ/β′弛豫向β弛豫，并最終進(jìn)入到α弛豫的轉(zhuǎn)變動力學(xué)行為，在焓空間中實現(xiàn)了對不同弛豫模式含量的定量表征。此外，通過控制多步退火中的溫度和時間可以實現(xiàn)對特定弛豫子的激活或湮滅，證實了宏觀弛豫源于具有指數(shù)特征弛豫譜的非均勻性疊加假說。相關(guān)結(jié)果為理解玻璃態(tài)本質(zhì)提供了重要實驗證據(jù)，也為精準(zhǔn)調(diào)控退火工藝提供了理論指導(dǎo)。

圖1. Au49Cu26.9Ag5.5Pd2.3Si16.3弛豫譜特征。

(A) Au基金屬玻璃在退火溫度Ta=273-393K下退火5s的熱流弛豫峰；(B) Au基金屬玻璃在退火溫度Ta=253,303,318,363K退火不同時間的熱流弛豫峰；(C) Au基金屬玻璃的力學(xué)弛豫譜。

圖2. Au50Cu25.5Ag7.5Si17金屬玻璃弛豫譜特征。

(A) Au基金屬玻璃在退火溫度Ta=273-383K下退火5s的熱流弛豫峰；(B) Au基金屬玻璃的力學(xué)弛豫譜。

圖3. PVC弛豫譜特征。

(A) PVC在退火溫度Ta=228-353K下退火5s的熱流弛豫峰；(B) PVC的力學(xué)弛豫譜。

圖4. Au49Cu26.9Ag5.5Pd2.3Si16.3弛豫譜德拜方程分析。

(A) Au基金屬玻璃在退火溫度Ta=273-393K下退火5s的熱流弛豫峰(實點(diǎn))與Debye模型擬合(實線)；

(B) A圖中退火條件下的弛豫激活能；

(C) Au基金屬玻璃在退火溫度Ta=253,303,318,363K下退火不同時間的熱流弛豫峰(實點(diǎn))與Debye模型擬合(實線)；

(D) C圖中退火條件下的弛豫激活能。

圖5. Au49Cu26.9Ag5.5Pd2.3Si16.3弛豫譜的調(diào)控。

(A) Au基金屬玻璃在退火溫度Ta=403K下退火0.5s的熱流弛豫峰；(B) Au基金屬玻璃先在Ta=403K退火0.5s，然后降低至Ta=363K退火0.1s的熱流弛豫峰；(C) Au基金屬玻璃先在Ta=403K退火0.5s，然后降低至Ta=363K退火0.1s，最后在Ta=253K退火500s的熱流弛豫峰。

圖6. 不同弛豫模式在焓空間中的演化規(guī)律。

(A) 激活能隨退火溫度和弛豫焓變的關(guān)系；(B) 不同弛豫模式演化的溫度-焓變相圖。

成果啟示

本研究基于差示掃描量熱法，提出了玻璃態(tài)物質(zhì)的“弛豫子"概念，揭示了不同弛豫模式在焓空間的演化規(guī)律。相關(guān)結(jié)果證明了玻璃態(tài)物質(zhì)的動力學(xué)不均勻性特征，也為玻璃態(tài)物質(zhì)弛豫過程的精準(zhǔn)調(diào)控，革新熱處理工藝和優(yōu)化玻璃性能提供了理論依據(jù)。

致謝：本工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金項目、浙江省和寧波市基金的支持。



立即詢價 您留言后，廠商將第一時間為您服務(wù)！

*留言

標(biāo)題：: 請輸入你感興趣的產(chǎn)品

需求：: 請簡單描述您的需求

請簡單描述您的需求

限200字

上傳附件

*聯(lián)系人

*電話

*單位

微信

同手機(jī)號

*職務(wù)

請選擇職務(wù)

采購員
經(jīng)理/部門負(fù)責(zé)人
實驗室管理者
學(xué)者

郵箱

省份

請選擇省份

請選擇省份
安徽
北京
福建
甘肅
廣東
廣西
貴州
海南
河北
河南
黑龍江
湖北
湖南
吉林
江蘇
江西
遼寧
內(nèi)蒙古
寧夏
青海
山東
山西
陜西
上海
四川
天津
新疆
西藏
云南
浙江
重慶
香港
澳門
臺灣
國外

*驗證碼

請輸入計算結(jié)果（填寫阿拉伯?dāng)?shù)字），如：三加四=7

提交后，默認(rèn)您同意《服務(wù)條款》和《隱私協(xié)議》

国产精品视频一区二区三区四,亚洲av美洲av综合av,99国内精品久久久久久久,欧美电影一区二区三区电影

梅特勒托利多 METTLER TOLEDO

梅特勒托利多 METTLER TOLEDO

Flash DSC應(yīng)用新進(jìn)展| 玻璃態(tài)物質(zhì)指數(shù)弛豫譜的探測

會員登錄

收藏該商鋪

提示