諸如玻璃、沙堆等無序材料充斥著我們的日常生活,但是它們非同尋常的特性尚未被很好地理解,是困擾凝聚態(tài)物理領域的重要難題。關于晶體的研究構(gòu)成了固體物理這門成熟學科的主要內(nèi)容,同時,相關的技術發(fā)展已經(jīng)并且正在改變我們的生活形態(tài)。相對地,關于非晶固體,我們距離一個完美而自洽的基礎理論依舊遙遠。人們面對的最大的困難之一在于表征、并進一步調(diào)控復雜的結(jié)構(gòu)無序,這阻礙了對引入無序過程中晶體和非晶如何相互轉(zhuǎn)化的細致研究。不能在可控的“無序度”下研究材料特性,就不可能澄清無序體系特性背后結(jié)構(gòu)無序所扮演的角色。我們的研究集中在尋找復雜結(jié)構(gòu)背后的秩序,并由此理解非晶固體特性與結(jié)構(gòu)的關聯(lián)。在第一章的背景介紹中,我們首先簡要回顧了軟物質(zhì)領域的發(fā)展,介紹了軟物質(zhì)的突出特點以及非晶材料研究的現(xiàn)狀。接著我們介紹了玻璃化轉(zhuǎn)變的基本動力學、熱力學特征以及一系列重要的理論模型。從Jamming相圖出發(fā),我們介紹了Jamming轉(zhuǎn)變的基本物理圖像。在短程純排斥小球構(gòu)成的理想模型中,我們進一步論述了Jamming轉(zhuǎn)變的臨界性以及點J附近固體的振動特性。最后,我們對有限溫度下的Jamming轉(zhuǎn)變以及它與玻璃化轉(zhuǎn)變的關系做了簡要討論... 

【文章來源】：中國科學技術大學安徽省 211工程院校 985工程院校

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【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１等壓條件下液體體積或者焰對溫度的依賴關系

過冷液體在降溫過程中粘度和弛豫時間發(fā)生如此巨大的變化，對此引出玻??璃化轉(zhuǎn)變領域的一個重要問題：動力學變慢背后的機制是什么？其結(jié)構(gòu)是否發(fā)??生了重要改變？答案是否定的。圖１３所示是雙分散Ｌｅｎｎａｒｄ－Ｊｏｎｅｓ體系中Ａ粒??子在很寬的溫度范圍內(nèi)靜態(tài)結(jié)構(gòu)腳子的變化。從圖中我們看到，雖然系統(tǒng)的弛豫??時間變化了好幾個豐級，靜態(tài)結(jié)構(gòu)因子卻只有微弱的變化。同樣的，從圖１．１我??們可從看到，相對結(jié)晶過程中的跳變，體積或者烙在玻璃化轉(zhuǎn)變過程中都只有??緩慢的變化。熱力學和結(jié)構(gòu)特性在玻璃化轉(zhuǎn)變中的緩慢變化與傳統(tǒng)－－級和二級??相變形成對比，構(gòu)成了發(fā)展理論的重要難題。??過冷液體粘度或者弛豫時間對溫度依賴的Ｓｕｐｅｒ－Ａｒｒｈｅｎｕｉｓ行為是理論研巧??的重耍諫題。依賴于不同的理論預設，有多種擬合公式可Ｗ對實驗或者模擬得??．?到的數(shù)據(jù)進行擬會。Ｖｏｇｅｌ－Ｆｕｌｃｈｅｒ－Ｔａｍｍ９ｉｍ（ＶＦＴ）公式是最常用的擬合擬

Ｔ：二?Ｔ〇ｅＡ／（Ｔ－Ｔ。），?（１．１）??送里Ｔｏ表示弛豫時間發(fā)散的溫度，也叫做Ｖｏｇｅｌ溫度。如圖１．４所示，它可Ｗ很??好地擬合弛豫時間在降溫過程中的行為。ＶＦＴ公式假定在一個非零的溫度Ｔｏ處??存在奇點，體系弛豫時間發(fā)散。這正是隨機一級相變理論（Ｒａｎｄｏｍ?Ｆｉｒｓｔ－Ｏｒｄｅｒ??Ｔｒａｎｓ扣ｏｎ?Ｔｈｅｏｒｙ：?ＲＦＯＴ）所預測的理想玻璃化相變發(fā)生的溫度［６，?１１，１５，?１６］。??后面我們會簡要介紹該理論的基本圖像。拋物線擬合是另一常用的擬合公式??［１７］??了?＝?Ｔ〇ｅ（Ｉ／Ｔ〇）２（Ｔ〇／Ｔ－１）２．?（１＾??如圖１．４所示，它也可Ｗ得到很好的擬合。但是拋物線形式的擬合弛豫時間只有??在Ｔ＝０處才發(fā)散，也就是說在任何有限溫度下，體系不存在發(fā)生相變的奇點。??這正是動力學生長理論（Ｄｙｎａｍｉｃ?Ｆａｃｉｌｉｔａｔｉｏｎ：?ＤＦ）的基本假定［１８］。送兩個擬??合公式具有完全不同的理論基礎，但是卻能對大多數(shù)過冷液體弛豫時間的溫度??依賴給處同樣合理的擬合。這正是當下理論研巧的困境所在：在降溫過程中體??系的動力學被如此強烈地抑制，為了研究平衡態(tài)的性質(zhì)，所需要等待的模擬或??者實驗時間將超出可Ｗ承受的范圍。因此，我們尚不能得到足夠逼近玻璃化轉(zhuǎn)??變（如果存在的話）的數(shù)據(jù)


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