ВВЕДЕНИЕ 3
ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ВЫПУСКНОЙ КВАЛИФИКАЦИОННОЙ РАБОТЫ .. 5
ГЛАВА 1. СТЕКЛООБРАЗУЮЩИЕ СИСТЕМЫ И ИХ СВОЙСТВА 6
1.1. Свойства жидкостей. Фазовая диаграмма 6
1.2. Стекольный переход 11
1.3. Экспериментальные методы определения вязкости 14
1.4. Классификация стеклообразующих систем
на «сильные» и «хрупкие» 19
ГЛАВА 2. АНАЛИЗ ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОВЕДЕНИЯ ВЯЗКОСТИ СТЕКЛООБРАЗУЮЩИХ СИСТЕМ 23
2.1. Обработка и структурирование экспериментальных данных 23
2.2. Модели вязкости 26
2.3. Расчёт параметра хрупкости 31
ГЛАВА 3. ОРИГИНАЛЬНЫЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ АРРЕНИУСА 35
3.1 Детали расчётов 35
3.2 Определение температуры Аррениуса на основе известных
моделей вязкости 38
3.3 Основные результаты 43
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 49
БЛАГОДАРНОСТЬ 50
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 51
ПРИЛОЖЕНИЕ
На сегодняшний день трудно представить человеческую жизнь без аморфных (стекольных) материалов, которые в силу своих уникальных физико-механических свойств находят широкое практическое применение во многих сферах деятельности человека. Например, такие системы используются в научных отраслях, где служат в качестве деталей для различных оптических приборов, таких как телескопы и микроскопы. Также в последнее время особый интерес в современных технологиях приобретают так называемые металлические стекла, некоторые свойства которых, в отличие от аналогичных металлов, имеющих кристаллическую структуру, отличаются в лучшую сторону - высокая прочность, твёрдость, коррозионная стойкость. В частности, они используются в медицине в качестве винтов или пластин, с помощью которых соединяют сломанные кости.
Первыми аморфными материалами, которые были изготовлены человеком являются стёкла силикатного происхождения. Таким образом, первые попытки объяснить процесс стеклования было возможно, основываясь на данные о поведении силикатных расплавов. В настоящий момент известно то, что аморфные системы можно получить из любых жидких материалов путём быстрого их охлаждения ниже температуры плавления Тт при условии, что кристаллизации удаётся избежать. Хотя данный метод известен уже на протяжении многих лет, на сегодняшний день остаются актуальными некоторые проблемы, связанные с исследованием молекулярной динамики систем при переходе из жидкого состояния в стеклообразное. Во-первых, на данный момент отсутствует единая модель, с помощью которой было бы возможно однозначно описывать экспериментальные данные по вязкости различных стеклообразующих систем.Как известно, характерной особенностью всех переохлаждённых жидкостей является чрезвычайно быстрое возрастание вязкости, изменяющееся в сравнительно небольшом интервале температур более чем на 15 порядков. Во-вторых, до сих пор остаётся неясным, каким образом
через известные теоретические модели можно определить так называемую
температуру Аррениуса, соответствующую началу такого резкого увеличения вязкости. Естественным будет предложить, что при этой температуре, которая находится значительно выше температуры стеклования, в динамике частиц рассматриваемого вещества начинают происходить некоторые изменения, отвечающие в дальнейшем за процесс перехода тела из жидкого агрегатного состояния в стеклообразное. Таким образом, для более полного понимания физических явлений, происходящих в стеклующейся жидкости, необходимым является точное определение температуры Аррениуса на основе известных моделей вязкости.
ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ВЫПУСКНОЙ КВАЛИФИКАЦИОННОЙ РАБОТЫ
Цель работы:
Разработка оригинального метода оценки температуры Аррениуса на основе известных моделей для описания вязкости и доступных экспериментальных данных, полученных для различных стеклообразующих систем.
Задачи:
• Анализ и обработка доступных экспериментальных данных по вязкости различных стеклообразующих систем.
• Расчёт параметра хрупкости на основе моделей вязкости: ФФТХ (Фогеля-Фулчера-Тамманна-Хесса), АМ (Аврамова-Милчева).
• Разработка метода расчёта температуры Аррениуса.
Отсутствие на сегодняшний день строгой теории по температурному поведению вязкости различных стеклообразующих систем является актуальной проблемой, продолжающей оставаться в центре внимания многих ученных на протяжении довольно длительного времени. За всю историю изучения стекольного перехода было предложено и развито большое количество различных моделей, однако по сей день отсутствует единая, способная однозначно описывать вязкость всех стекольных материалов в широко интервале температур. В следствие чего возникает ряд других проблем, связанных с определением таких важных параметров, играющих большую роль в понимании физики переохлаждённых жидкостей, как хрупкость и температура Аррениуса.
Таким образом, приведённые в данной выпускной квалификационной работе результаты являются ключевыми к пониманию важных процессов, происходящих непосредственно в исследуемых системах при стекольном переходе. А именно на основе известных теоретических моделей (ФФТХ и АМ)была проведена обработка доступных экспериментальных данных по вязкости, в следствие которой выяснилось, что модель Аврамова-Милчева наилучшим образом способна воспроизводить температурную зависимость вязкостей как "сильных", так и "хрупких" стеклообразующих жидкостей в достаточно большом интервале температур. А также был предложен оригинальный метод расчёта температуры Аррениуса, с помощью которого становится возможным описать переход зависимости вязкости от Аррениуского поведения к не аррениускому на основе теоретических моделей. Было обнаружено, что значения температуры Аррениуса, полученные при использовании данного метода, хорошо коррелируют с известными из литературы.
