无序在非晶固体振动特性以及玻璃形成能力中的作用
发布时间：2020-12-28 14:21
固体材料由晶体和非晶两大类构成,晶体由于其具有周期性的点阵结构,关于它的研究已经相当成熟。有趣的是,与我们日常生活紧密相连的更多的是非晶固体材料,它不像晶体具有长程有序性。作为另一种固体,非晶固体又称无序固体,不仅存在形式丰富多样,而且性质不同寻常。在过去的几十年,关于其特性的研究一直困扰着凝聚态物理领域,然而距离建立非晶固体完美而自洽的基础理论还很遥远。近年来,人们开始从晶体和非晶固体相互转化的角度理解非晶固体,并且受到大量关注。这些研究包括在晶体演化为非晶固体过程中无序扮演着什么样的角色?调控复杂的无序结构对非晶固体材料特性有何影响?以及,几乎所有的物质在适当的条件下都能形成非晶固体,那么在非晶固体形成过程中无序起什么作用?在第一章的绪论中,我们首先简单介绍了软物质及其突出特点和非晶材料的研究现状,接着重点介绍了玻璃化转变的动力学特征、热力学特征以及一些重要的理论模型。然后从Jamming相图出发,在短程纯排斥小球构成的理想模型中,我们进一步论述了 Jamming转变以及Jammed体系的行为特征。在第二章中,我们简要介绍了振动模的计算与表征,本征振动模分析是帮助理解无序固体的的重...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：109 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１软物质举例ｔ
?第１章绪?论???■Ｈｉｍ??１１?：??：?；??Ｔｇａ?Ｔｇｂ?Ｔｍ??Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ??图１．２晶体、过冷液体以及玻璃的形成路径图。极其缓慢地降温时液体在７；处结晶（体积??发生跳变），较快地降温时越过结晶而形成过冷液体，继续降温时，其中较缓慢地在??ｒｓａ处发生玻璃化转变，而较快地在发生玻璃化转变。摘自文献｜８１。??得到的７；越低，降温速率越大，得到的７；越高，所以７；的意义一直存在争议。??但文献［９］指出，降温速率对最终７；数值的影响并不是很大，如降温速率减小十??倍，７；也就减小３－５Ｋ。因此即使７；数值依赖于降温速率等，但并不影响其物理，??所以仍然作为描述玻璃化转变的重要参量。??与Ｐ?－?ｒ平面的玻璃化转变类似的是，近年来Ｐａｔｒｉｃｋ等人＿通过理论与模??拟提出硬球体系在压缩过程中的玻璃化转变相图￥－必平面），如图１．３所示。在??这里，压强的倒数类比温度，因此，压缩过程实际就相当于降温过程，所以玻璃??化转变体积分数ｈ就类似＆依赖于具体的压缩率。除此之外，更有意思的是，??他们提出在玻璃态中还存在一种转变（又称为Ｇａｒｄｎｅｒ转变），即从稳定玻璃转变??成临界玻璃，相应的势能图景为从一个简单的势阱变为一个具有分形结构的的??临界势阱，所以硬球体系在发生Ｇａｒｄｎｅｒ转变时，体系不断进人越来越深的分形??式势讲，当压缩到无穷时，对应着Ｊａｍｍｅｄ态，如图１．３中红色Ｊ－ｌｉｎｅ。??液体通过快速降温避开结晶过程形成过冷液体，其结构类似于液体，保持长??程无序排列，在常规的时间尺度下，其表现为固体（具有力学稳定性），但是非晶??固体内部又发生着缓慢的流变行为。上百年的沥
?第１章绪?论???〇４；?ＮＶ＾ｕＢｉｂｒｈ？Ｂｑｕｉｄ?，■??Ｃ??。１．??〇〇｜?，?二?Ｖ?一＿??４?５?６?７—＂?８?？?９??２Ｖｄ?」■＿??图１．３高维硬球体系在压缩过程中压强－体积分数相图，白色为稳定玻璃和临界玻璃，中间??蓝线为Ｇａｒｄｎｅｒ转变线，两条绿线为从稳定玻璃转变为临界玻璃的两个实例。摘自??文献【１０】。??人［１１］甚至把玻璃态归为物质的第四状态。诺贝尔物理学奖获得者Ｐ．?Ｗ．?Ａｎｄｅｒｓｏｎ??甚至称玻璃化转变的本质是“固体理论中最高深、最有趣的未解决的问题”（“ｔｈｅ??ｄｅｅｐｅｓｔ?ａｎｄ?ｍｏｓｔ?ｉｎｔｅｒｅｓｔｉｎｇ?ｕｎｓｏｌｖｅｄ?ｐｒｏｂｌｅｍ?ｉｎ?ｓｏｌｉｄ?ｓｔａｔｅ?ｔｈｅｏｒｙ”）［１２］?〇?除此之夕卜，??国际著名期刊《Ｓｃｉｅｎｃｅ》在其创刊１２５周年的时候把“玻璃态的本质是什么”列??为１２５个亟需解决的重大科学问题之一。经过多年的研究，人们对玻璃以及??玻璃化转变有了更多的了解和认识。??１．２＿２动力学特征??对于形成不同玻璃的的过冷液体，包括分子玻璃、金属玻璃等，它们都具有??相同的动力学特征。如随着温度趋近７；，体系的动力学急剧变慢。为什么过冷??液体的弛豫时间会发生如此显著的变化正是玻璃领域面临的最大难题。研究玻??璃转变在某种意义上等同于研究动力学急剧变化的原因。因此，研究过冷液体动??力学来研究玻璃化转变是普遍遵循的思路。??尽管不同系统具有不同的相互作用，但是如果使用其７；做归一，它们的动??力学随温度的变化可以标度在一张图中，即著名的“ＡｎｇｄｌＰｌ〇ｔ”［８］，如图１．４所示。??借
本文编号：2943907
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：109 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１软物质举例ｔ
?第１章绪?论???■Ｈｉｍ??１１?：??：?；??Ｔｇａ?Ｔｇｂ?Ｔｍ??Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ??图１．２晶体、过冷液体以及玻璃的形成路径图。极其缓慢地降温时液体在７；处结晶（体积??发生跳变），较快地降温时越过结晶而形成过冷液体，继续降温时，其中较缓慢地在??ｒｓａ处发生玻璃化转变，而较快地在发生玻璃化转变。摘自文献｜８１。??得到的７；越低，降温速率越大，得到的７；越高，所以７；的意义一直存在争议。??但文献［９］指出，降温速率对最终７；数值的影响并不是很大，如降温速率减小十??倍，７；也就减小３－５Ｋ。因此即使７；数值依赖于降温速率等，但并不影响其物理，??所以仍然作为描述玻璃化转变的重要参量。??与Ｐ?－?ｒ平面的玻璃化转变类似的是，近年来Ｐａｔｒｉｃｋ等人＿通过理论与模??拟提出硬球体系在压缩过程中的玻璃化转变相图￥－必平面），如图１．３所示。在??这里，压强的倒数类比温度，因此，压缩过程实际就相当于降温过程，所以玻璃??化转变体积分数ｈ就类似＆依赖于具体的压缩率。除此之外，更有意思的是，??他们提出在玻璃态中还存在一种转变（又称为Ｇａｒｄｎｅｒ转变），即从稳定玻璃转变??成临界玻璃，相应的势能图景为从一个简单的势阱变为一个具有分形结构的的??临界势阱，所以硬球体系在发生Ｇａｒｄｎｅｒ转变时，体系不断进人越来越深的分形??式势讲，当压缩到无穷时，对应着Ｊａｍｍｅｄ态，如图１．３中红色Ｊ－ｌｉｎｅ。??液体通过快速降温避开结晶过程形成过冷液体，其结构类似于液体，保持长??程无序排列，在常规的时间尺度下，其表现为固体（具有力学稳定性），但是非晶??固体内部又发生着缓慢的流变行为。上百年的沥
?第１章绪?论???〇４；?ＮＶ＾ｕＢｉｂｒｈ？Ｂｑｕｉｄ?，■??Ｃ??。１．??〇〇｜?，?二?Ｖ?一＿??４?５?６?７—＂?８?？?９??２Ｖｄ?」■＿??图１．３高维硬球体系在压缩过程中压强－体积分数相图，白色为稳定玻璃和临界玻璃，中间??蓝线为Ｇａｒｄｎｅｒ转变线，两条绿线为从稳定玻璃转变为临界玻璃的两个实例。摘自??文献【１０】。??人［１１］甚至把玻璃态归为物质的第四状态。诺贝尔物理学奖获得者Ｐ．?Ｗ．?Ａｎｄｅｒｓｏｎ??甚至称玻璃化转变的本质是“固体理论中最高深、最有趣的未解决的问题”（“ｔｈｅ??ｄｅｅｐｅｓｔ?ａｎｄ?ｍｏｓｔ?ｉｎｔｅｒｅｓｔｉｎｇ?ｕｎｓｏｌｖｅｄ?ｐｒｏｂｌｅｍ?ｉｎ?ｓｏｌｉｄ?ｓｔａｔｅ?ｔｈｅｏｒｙ”）［１２］?〇?除此之夕卜，??国际著名期刊《Ｓｃｉｅｎｃｅ》在其创刊１２５周年的时候把“玻璃态的本质是什么”列??为１２５个亟需解决的重大科学问题之一。经过多年的研究，人们对玻璃以及??玻璃化转变有了更多的了解和认识。??１．２＿２动力学特征??对于形成不同玻璃的的过冷液体，包括分子玻璃、金属玻璃等，它们都具有??相同的动力学特征。如随着温度趋近７；，体系的动力学急剧变慢。为什么过冷??液体的弛豫时间会发生如此显著的变化正是玻璃领域面临的最大难题。研究玻??璃转变在某种意义上等同于研究动力学急剧变化的原因。因此，研究过冷液体动??力学来研究玻璃化转变是普遍遵循的思路。??尽管不同系统具有不同的相互作用，但是如果使用其７；做归一，它们的动??力学随温度的变化可以标度在一张图中，即著名的“ＡｎｇｄｌＰｌ〇ｔ”［８］，如图１．４所示。??借
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