乙二醇—丙三醇二元系溶液热分析和介电谱研究

【摘要】：玻璃化转变（glass transition）机制的探索是凝聚态物理的核心问题之一，一直是个很活跃的研究领域。但目前仍然存在着许多尚未解决的问题。 丙三醇是典型的玻璃材料，而乙二醇极易结晶，因此，本论文设计了乙二醇-丙三醇二元系溶液，利用热分析方法测量了丙三醇质量百分比在2%-95%范围内的31组二元系溶液，介电谱方法研究了10%-90%范围内的9组二元系溶液，研究其玻璃化转变前后的行为，以期为玻璃化转变机制的研究提供信息。 1）由热分析测量表明：本文中研究的乙二醇-丙三醇二元系溶液均发生玻璃化转变，随着丙三醇质量百分比的增加，其玻璃化转变温度向高温区移动，且基本满足线性关系。部分组分中出现了结晶和熔化，其中丙三醇质量百分比在2%-8%范围内的二元系溶液，都出现了明显的结晶峰和熔化峰，且均为单峰，两个过程是不连续发生的；丙三醇的质量百分比在10%-16%范围内的二元系溶液，也出现了明显的结晶峰和熔化峰，但结晶和熔化是连续发生的，结晶峰是双峰；丙三醇的质量百分比大于16%的二元系溶液，随着丙三醇质量百分比的增加二元系溶液的玻璃化转变过程逐渐明显，且整个升温过程中都没有出现结晶过程和熔化过程。 2）介电谱测量结果表明：二元系溶液的复介电常数*的实部'都出现了一个台阶的变化K，与此同时在虚部"上对应一个弛豫峰P，而且相同频率的虚部弛豫峰的峰顶温度Tp与实部上变化最快的点的变化基本一致，同一质量百分比中，随着频率的增加，弛豫峰对应的温度向高温区移动；同一频率下，随着质量百分比的增加，弛豫峰对应的温度向高温区移动。介电谱结果还表明，在高温区（250K-350K）出现了一个实部虚部都快速增加的过程，而且对应的数值较大。 3）由各组分的介电谱数据，依据Debye弛豫理论，得到了平均弛豫时间a随温度的变化关系，并且利用Vogel Fulcher-Tammann(VFT)规律，进行了拟合，得到了系统的表光激活能A以及指数前因子，发现二者随着丙三醇质量百分比的增加具有相似的规律。 4）利用介电谱常数虚部与扩散系数之间的关系，对各组分高温区的介电谱进行分析，结果表明，高温区的介电常数随着频率的变化，满足离子扩散规律，这说明高温区的介电行为主要是由离子扩散引起的。