近日，南方科技大學材料科學與工程系講席教授項曉東課題組在物質玻璃態本質的新解析上取得重要進展，建立了描述臨界相轉變的溫度-時間邊界定量理論。相關成果以“Quantitative understanding of the initial stage of liquid to crystalline or amorphous phase transitions”為題發表在科學期刊The Innovation materials上。
本研究指出，在傳統TTT曲線理論中，人們往往錯誤地將與時間無關的物理量代入公式，特別是材料的粘度採用了傳統的VFT粘度模型。但VFT模型僅含與時間無關的物理量，因而僅適用於平衡態。本文將VFT公式中的溫度改寫為與臨界形核時間t*有關的臨界形核溫度T*，從而構建出適用於非平衡狀態的臨界形核粘度模型。
該發現從理論和實驗兩個方面，解決了長期爭論的Kauzmann悖論：在高溫下，具有結構弛豫現象的液相非晶態熵值應高於晶態，而其熵值隨溫度下降的速率應比晶態快，因此非晶液相與晶態的熵值隨溫度變化的函式會在溫度大於0 K時相交，從而違反了熱力學第三定律。基於在T < T0情況下，非晶固相狀態在理論和實驗意義上存在的確認，低於T0的非晶固相聲子震動引起的熵值隨溫度降低而減小的速率將比晶態慢，即無序的非晶態熵值永遠比晶態高，從而避免了違反熱力學第三定律。這一系列發現，從物理本質上清晰地解答了物質的“玻璃態本質”這一科學難題。在材料動力學的概念上，T0與Kauzmann溫度TK、Gibbs定義的理想玻璃化轉變溫度T2等同。
南方科技大學材料系2021級碩士研究生董浩德為論文的第一作者，南方科技大學為論文的第一單位，項曉東教授與汪洪教授、賓夕法尼亞州立大學劉梓葵教授為共同通訊作者。論文作者還包括南科大材料系張鵬博士、秦明陽博士以及上海交通大學的惠健博士。該研究工作得到深圳市基礎研究專案、深圳市發改委材料基因組大科學裝置平臺等重大科技基礎設施專案的支援。
文章連結：https://doi.org/10.59717/j.xinn-mater.2024.100086
本文來自：南科大。
