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解决关于水玻璃化转变温度的争议?

统计力学 2015-05-28 v3 软凝聚态物质

摘要

我们考虑了水的动力学实验数据:(1)在玻璃化转变温度Tg从上方和下方接近水的假定Tg=136 K的玻璃化含水混合物中;(2)在纳米尺度的受限空间中;(3)在高于均匀成核温度时的体相中。总体而言,所考虑的数据中的弛豫时间跨越近15个数量级,从10^{-12}到10^3秒。借助等温光谱中的各种特征和理论解释,这些考虑使我们能够得出结论:未结晶水的弛豫是高度非协同的。其Kohlrausch拉伸指数相关函数的指数β_K接近1,因此与指数时间衰减的偏差很小。尽管其α弛豫时间的温度依赖性是非阿伦尼乌斯型的,但相应的Tg标度温度依赖性具有较小的陡度指数m,在Tg处可能小于44,因此水作为玻璃形成体并不“脆弱”。α弛豫和β弛豫的时间尺度在Tg处分离很小,在更高温度下变得更小,并在略高于Tg处合并。从所有这些性质推断,水作为玻璃形成体是高度非协同的,具有短的协同长度尺度,并且与其他有机玻璃形成体相比,可能具有最小的构型熵和在Tg处较小的热容变化。这一结论或许并不令人惊讶,因为水是最小的分子。我们从数据中得出的推论排除了水的Tg高于160 K的可能性,并表明它接近传统的136 K值。

关键词

引用

@article{arxiv.1106.5978,
  title  = {Resolving the controversy on the glass transition temperature of water?},
  author = {S. Capaccioli and K. L. Ngai},
  journal= {arXiv preprint arXiv:1106.5978},
  year   = {2015}
}

备注

22 pages, 7 figures