近日，南方科技大学材料科学与工程系讲席教授项晓东课题组在物质玻璃态本质的新解析上取得重要进展，建立了描述临界相转变的温度-时间边界定量理论。相关成果以“Quantitative understanding of the initial stage of liquid to crystalline or amorphous phase transitions”为题发表在科学期刊The Innovation materials上。
本研究指出，在传统TTT曲线理论中，人们往往错误地将与时间无关的物理量代入公式，特别是材料的粘度采用了传统的VFT粘度模型。但VFT模型仅含与时间无关的物理量，因而仅适用于平衡态。本文将VFT公式中的温度改写为与临界形核时间t*有关的临界形核温度T*，从而构建出适用于非平衡状态的临界形核粘度模型。
该发现从理论和实验两个方面，解决了长期争论的Kauzmann悖论：在高温下，具有结构弛豫现象的液相非晶态熵值应高于晶态，而其熵值随温度下降的速率应比晶态快，因此非晶液相与晶态的熵值随温度变化的函数会在温度大于0 K时相交，从而违反了热力学第三定律。基于在T < T0情况下，非晶固相状态在理论和实验意义上存在的确认，低于T0的非晶固相声子震动引起的熵值随温度降低而减小的速率将比晶态慢，即无序的非晶态熵值永远比晶态高，从而避免了违反热力学第三定律。这一系列发现，从物理本质上清晰地解答了物质的“玻璃态本质”这一科学难题。在材料动力学的概念上，T0与Kauzmann温度TK、Gibbs定义的理想玻璃化转变温度T2等同。
南方科技大学材料系2021级硕士研究生董浩德为论文的第一作者，南方科技大学为论文的第一单位，项晓东教授与上海交通大学汪洪教授、宾夕法尼亚州立大学刘梓葵教授为共同通讯作者。论文作者还包括南科大材料系张鹏博士、秦明阳博士以及上海交通大学的惠健博士。该研究工作得到深圳市基础研究项目、深圳市发改委材料基因组大科学装置平台等重大科技基础设施项目的支持。
文章链接：https://doi.org/10.59717/j.xinn-mater.2024.100086
本文来自：南科大。
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