玻璃在玻璃转变处比热的第一性原理研究——以甘油为例
无序系统与神经网络
2022-07-27 v1
摘要
确定玻璃转变转变温度（Tg）的标准方法是比热的跃变。尽管至关重要，针对该跃变的标准理论仍缺失。困难涵盖从缺乏对液体比热的恰当处理、滞后来到了时间尺度问题。本文第一部分提供了一种计算玻璃比热的非经验方法。该方法由基于密度泛函理论（DFT）的分子动力学（MD）模拟与热力学方法组成。基于 DFT 的总能量方法使我们能够计算比热，无论固体或液体。玻璃转变态的一个严重问题是涉及复杂的能量耗散过程，这通过绝热 MD 模拟得以解决。滞后与时间尺度问题通过将计算范围限制于仅平衡态而缓解。本文第二部分描述了将该理论应用于甘油的比热跃变（Delta Cp）以展示方法的有效性。尽管受超胞尺寸过小的严重限制，仍获得了合理的比热跃变值。通过将 Delta Cp 分解为结构能、声子和热膨胀部分的贡献，我们对比热跃变有了可靠解释：Delta Cp 的主要贡献来自结构能的变化。由此获得了关于玻璃转变的清晰能量图。本研究的一个成果是验证了脆性与比热跃变之间的经验关系。这两种能量通过比值 k=Tg/ Delta T 缩放，其中 Delta T 为转变宽度，二者借此相互关联。这有助于整理各种经验性关系。
引用
@article{arxiv.2202.03650,
title = {First-principles study on the specific heat of glass at glass transition with a case study on glycerol},
author = {Koun Shirai and Kota Watanabe and Hiroyoshi Momida},
journal= {arXiv preprint arXiv:2202.03650},
year = {2022}
}