ИНСТИТУТ ФИЗИКИ КАФЕДРА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ФИЗИКИ Галимзянов Булат Наилевич Итоговая научная конференция профессорско-преподавательского состава Института физики КФУ. Секция «Компьютерное моделирование материалов и физических процессов» Казань-2016 Актуальность и цель работы Существует необходимость в приведенной температурной шкале – единой для всех систем. Необходимость в описании температурного поведения вязкости конденсированных систем (жидкостей, переохлажденных жидкостей, стекол и т.д.) с помощью единой обобщенной модели. Необходимость в адекватном методе классификации сильных (strong) и хрупких (fragile) стеклообразующих систем. Граница перехода fragile-to-strong не определена корректно. Цель: Расчет параметра хрупкости и классификация стеклообразующих систем на сильные и хрупкие с помощью единой приведенной температурной шкалы. Что такое вязкость? Вязкость – (динамическая вязкость) свойство жидкости оказывать сопротивление относительному движению (сдвигу) частиц системы [Па • с] (обусловлено возникновением сил внутреннего трения). ~ 1 Па с 10 Пуаз 1 T Вязкость некоторых веществ Вещество T Вязкость (Па • с) Воздух 25 С 18 10 6 Водяной пар 25 С 9 10 6 Вода 20 С 10 3 Бензин 20 С 0.5 10 3 Ртуть 20 С 1.5 10 3 Свинец (расплав) 440 С 2.1 10 3 Алюминий (расплав) 700 С 2.9 10 3 Оконное стекло 20 С 1012 Мантия Земли (в зависимости от глубины) Температура 2500 С 10 21 10 24 3 Классификация стеклообразующих систем на сильные и хрупкие L.-M. Martinez & C. A. Angell, Nature 410, 663 (2001) P.G. Debenedetti, F.H. Stillinger, Nature 410, 259 (2001) Tg /T Температурная зависимость вязкости различных конденсированных систем – «Angell plot» strong fragile Кварцевое стекло - сильные («хорошие») стеклообразующие системы (свойства: прочность, низкий молярный вес) - хрупкие («плохие») стеклообразующие системы (свойства: узкий температурный диапазон стеклования, высокая молярная масса) Хлорид цинка 4 Температура стеклования Взято из: K.Vollmayr, W. Kob and K.Binder J. Chem. Phys. 105, 4714 (1996) Чем выше скорость охлаждения, тем выше температура стеклования системы Для одной и той же системы температура стеклования может быть разной Характеристики некоторых силикатных и боратных стекол V.M. Fokin, E.D. Zanotto, J.W.P. Schmelzer J. Non-Cryst. Solids 321, 52 (2003) Отношение температуры стеклования и плавления для разных систем может сильно отличаться 5 Единая приведенная температурная шкала [A.V. Mokshin and B.N. Galimzyanov, J. Chem. Phys. 142, 104502 (2015)] Абсолютная температура заменяется приведенной температурой ~ T Уравнение параболы, проходящей через три температурные точки T ~ T K1 T g K1 0.5Tm2 Tg2 Tm (Tm Tg ) K2 T T g , K2 2 Tg (Tg 0.5Tm ) Tm (Tm Tg ) При использовании приведенной температурной шкалы температурные точки ранжируются одинаковым образом для всех систем 6 Преобразование «Angell-plot» (воспроизведение экспериментальных данных – поиск обобщенной модели) Предложенная модель корректно воспроизводит температурную зависимость вязкости конденсированных систем как в приведенной, так и в абсолютной температурной шкале 10 Расчет параметра хрупкости Параметр хрупкости согласно О.К. Энджеллу m log 10 (T ) (Tg / T ) T Tg Оригинальный метод расчета параметра хрупкости ~ log ( T ) ~ 10 m ~ ~ (Tg / T ) p ~ ~ T Tg Параметр хрупкости fragile strong fragile-to-strong [1] Nascimento M. L. F., Aparicio C. Physica B 398, 71-77 (2007). [2] Wang L.-M., Angell C. A., Richert R. J. Phys. Chem. 125, 074505 (2006). 11 СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ