Стеклующиеся материалы. Коэффициент вязкости

В настоящей работе рассматриваются стеклующиеся жидкости. Переход в твердое состояние у жидкостей характеризуется значительным увеличением коэффициента вязкости . Для маловязких жидкостей температурная зависимость коэффициента вязкости задается зависимостью

, (1.1)

где -постоянная Больцмана, T- температура вещества [2]. Зависимость вида (1.1) носит название аррениусовской.

Эту зависимость рассматривают как активационное течение - необходимо преодолеть эффективный барьер высоты U, чтобы произошел акт вязкого течения.

На Рис. 1 показана схематическая зависимость вязкости стеклующейся жидкости от температуры в аррениусовском представлении (в координатах относительно 1/T). В этом представлении зависимость (2.1) является прямой. Обычно в стеклующихся жидкостях при низких температурах наблюдается отклонение зависимости от аррениусовской начиная с некоторой температуры. Эту температуру принято называть ТА. На Рис. 1 отмечена также температура Tg, называемая температурой стеклования, значение коэффициента вязкости при которой составляет (или ) [2]. Смысл температуры стеклования заключается в том, что, начиная с этой температуры, жидкость можно рассматривать как твердое тело (время релаксации в этом случае превышает 102 сек.).

В настоящее время активно изучаются процессы, происходящие в стеклующихся материалах в окрестности Tg, однако температурный диапазон в окрестности ТА мало изучен. По этой причине непонятно, протекание каких процессов в веществе приводит к такому изменению в температурной зависимости коэффициента вязкости при достижении температуры ТА.

В работе [1] исследовались спектры комбинационного рассеяния света в -пиколине. Колебательная линия 548 см-1 подгонялась функцией Фойгта (свертка функций Гаусса и Лоренца). Функция Лоренца описывает релаксационное уширение колебания фиксированной частоты (однородное уширение), а функция Гаусса – неоднородное уширение всего ансамбля частот. На Рис.2, взятом из работы [1], показано, что в окрестности температуры 250 К происходит существенное увеличение ширины гауссовой функции . Эта температура близка к температуре ТА, наблюдаемой в экспериментах по вязкости [2]. Подобное поведение неоднородного уширения свидетельствует о том, что при T<TA количество молекул, находящихся в каждый момент времени в неэквивалентных состояниях, увеличивается. Это может быть вызвано изменениями во внутренней структуре вещества. Авторами работы [1] было предложено, что в окрестности температуры ТА в исследуемом веществе возникают кластеры нанометрового масштаба.

Неподвижные или медленно распространяющиеся флуктуации ответственны за появление в спектрах рассеянного света уширенного центрального пика, расположенного на той же частоте, что и падающий свет. Это рассеяние называют релеевским. Рассеяние на гиперзвуковых волнах (рассеяние Мандельштама - Бриллюэна) приводит к возникновению дублета с расстоянием между компонентами , где , - частота падающего света, - угол рассеяния

Отношение интегральной интенсивности центральной линии () к интегральной интенсивности компонент Мандельштама - Бриллюэна () было вычислено впервые Ландау и Плачеком [3]. Ими было показано, что