宽频介电技术在单羟基醇玻璃形成体弛豫动力学上的应用

论文摘要

研究过冷液体中的各种弛豫行为是认识玻璃转变物理本质的重要方法，单羟基醇类液体介电谱中具有特殊的指数型弛豫，并且该弛豫行为用机械弛豫，光散射等测量方法都未探测到，本文通过宽频介电技术对单羟基醇中的德拜弛豫进行研究，分析该弛豫的物理起源。单羟基醇与其他分子相比，介电谱中存在强度高、弛豫动力学慢的德拜型弛豫，在其高频侧有一强度较低的非德拜型弛豫，研究发现德拜弛豫并不具备结构弛豫特征，本文中将动力学与热力学玻璃转变温度特征参量进行比较，分析出单羟基醇液体中真正的结构弛豫。一级醇2-ethyl-1-hexanol与2-ethyl-1-butanol的二元混合体系德拜弛豫时间log D符合理想混合原则（随摩尔分数的改变而线性变化），与分子结构差异无关，而在研究一级醇2-ethyl-1-butanol与二级醇4-methyl-2-pentanol的混合体系中发现，德拜弛豫log却不符合理想混合，并且混合溶液的德拜弛豫强度增大这一特殊现象。分子结构对德拜弛豫强度具有较大影响，如-OH基团位置，主碳链长，侧基位置及侧基空间体积。研究发现一级醇、二级醇和三级醇德拜弛豫强度依次变弱，甚至消失。分子链越长、侧基基团体积越大，德拜弛豫强度越小。研究发现长链单羟基醇中德拜弛豫强度低且对温度变化敏感，随着C原子数目的增加，德拜弛豫由指数型向非指数型转变，并且激活能曲线具有non-Arrehenius性，与高压下测得2-ethyl-1-hexanol介电谱具有相同的实验现象。在1,2-propanediamine与2-ethyl-1-hexanol二元混合体系中，当2-ethyl-1-hexanol浓度下降到70%时，德拜弛豫消失，讨论胺类物质对于德拜弛豫强破坏性的原因，同时分析各类二元混合体系德拜介电强度随羟基浓度的变化规律。根据上述实验现象，总结单羟基醇类液体德拜弛豫的新特征，并讨论其物理起源。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 过冷液体与玻璃态
• 1.3 过冷液体特征
• 1.3.1 非 Arrehenius 性
• 1.3.2 非指数性
• 1.4 玻璃化转变
• 1.5 玻璃转变相关理论模型
• 1.6 玻璃形成体中弛豫
• 1.7 研究的目的和意义
• 1.8 研究内容
• 第2章 实验材料及测试方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 实验测试方法
• 2.2.1 宽频介电技术
• 2.2.2 差示扫描量热技术
• 第3章 单羟基醇液体介电谱分析及数据处理结果
• 3.1 实验测量结果
• 3.1.1 介电谱测量结果
• 3.1.2 DSC 测量热容曲线结果
• 3.2 运用模型函数来分析介电谱
• 3.3 玻璃化转变过程中的重要参数
• 3.4 实验数据处理结果
• 3.5 本章小结
• 第4章 单羟基醇分子动力学分析及德拜弛豫新特征
• 4.1 单羟基醇分子动力学分析
• 4.1.1 2E1H 与 GLY 介电谱分析
• 4.1.2 2E1H 与 GLY 热容及激活能谱分析
• 4.1.3 2E1H 与 GLY 热容曲线及损耗角 tanδ分析
• 4.2 德拜液体与德拜液体混合体系中弛豫动力学
• 4.2.1 2E1H/2E1B 二元混合体系介电谱及 tanδ分析
• 4.2.2 2E1H/2E1B 二元体系激活能谱分析
• 4.2.3 2E1B/4M2P 二元体系激活能谱分析
• 4.2.4 2E1B/4M2P 二元混合体系德拜弛豫强度分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 德拜弛豫影响因素讨论及分析
• 5.1 分子结构对于德拜弛豫介电强度的影响
• 5.1.1 羟基位置对于德拜弛豫强度的影响
• 5.1.2 碳链、侧基对于德拜弛豫强度的影响
• 5.2 长链单羟基醇的弛豫动力学研究
• 5.2.1 长链单羟基醇介电谱分析
• 5.2.2 液体强弱性因子 m 分析
• 5.3 氢键液体与单羟基醇混合
• 5.3.1 损耗角 tanδ分析
• 5.3.2 热力学与动力学 Tg分析
• 5.3.3 激活能曲线及介电谱分析
• 5.3.4 德拜弛豫介电强度分析
• 5.3.5 德拜弛豫起源分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的研究任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介