Вязкие материалы не следуют динамическим законам Аррениуса

Стеклующиеся вещества — класс жидких материалов, которые характеризуются высокой вязкостью и имеют консистенцию мёда, а при охлаждении до достаточно низких температур переходят в состояние хрупкого стекла. Чжэнь Чэнь и его коллеги из Аризонского университета (США) пролили ещё толику света знаний на тонкости поведения таких материалов на самой границе фазового перехода в стекло, о чём можно узнать из European Physical Journal E.

Янтарь, ископаемая смола, вязкое тягучее вещество, медленно стеклующееся даже при нормальных условиях (фото Layne Kennedy / Corbis).

Несмотря на то что наука до сих пор не очень хорошо осведомлена о поведении таких веществ при достижении ими состояния стеклования, в рассматриваемой работе, которая опирается на дополнительные типы динамических измерений, учёные чётко продемонстрировали, что такие стеклующиеся вещества ведут себя совсем не так, как более простые жидкости.

Обычно динамическое поведение материалов описывается законом Аррениуса, который считается основой химической кинетики. Он показывает, как температура влияет на характеристики вещества, такие как вязкость и время релаксации. Например, закон позволяет предсказать время, необходимое на возвращение системы в состояние равновесия после очередной пертурбации (перемешивания).

Авторы использовали так называемый анализ погрешности, или «невязку», чтобы показать, что аррениусовский тип динамики не описывает поведение стеклующихся веществ вблизи температурной границы фазового перехода (температуры перехода), когда жидкость становится твёрдым стеклом. Учёные пришли к этому выводу, проанализировав не только данные, полученные при измерении динамической вязкости, но и более точные сведения о времени диэлектрической релаксации для того же температурного диапазона.

Таким образом, исследование стало своего рода маяком для материаловедов, поскольку доказывает, как важно следить за точностью измерения тех или иных параметров материала (в данном случае вязкостью), чтобы истинные детали поведения вещества при каких-либо условиях не терялись в тени упрощённых предположений и небрежности графических построений.

Подготовлено по материалам издательства Springer.