Введение к работе
з .
Актуальность и состояние проблемы. Исследования некристаллических материалов - неорганических стекол, аморфных полупроводников, полимеров, металлических стекол - занимают одно из цетралыгьгх мест в современной физике твердого тела. Это связано как с возросшим практическим применением таких материалов (в электронике, приборостроении, волоконной оптике, космических аппаратах), гак и с развитием физики конденсированного некристаллического состояния вещества.
В настоящее время исследования различных классов некристаллических твердых тел ведутся разрозненно. В частности, физика и химия неорганических стекол развиваются практически независимо от физико-химии аморфных оргаїшческих полимеров. Между тем наблюдается много общего в структурах и свойствах как этих двух классов стеклообразных систем, так и других некристаллических твердых тел.
Достижения теории неупорядоченных систем имеют пока ограшічешшй характер: зачастую отсутствует даже качественное понимание ряда явлений, протекающих в некристаллических веществах (см. например, [ 1.1 - 1.3 ] ). Достаточно обширные экспериментальные данные, накопленные к настоящему времени, нуждаются в теоретических трактовках в рамках различных моделей.
Традиционные дифракционные методы, применяемые к кристаллам, для этих материалов оказываются малоэффективными. Поэтому на данном этапе остается актуальным развитие модельных представлений о структуре аморфных твердых тел и их расплавов, основанных на анализе и обобщении их свойств.
Цель и задачи работы : Цель работы заключается в том, чтобы на основе
исследования таких структурно-чувствительных свойств как внутреннее
давление, обусловленное межатомным взаимодействием, и вязкость в области перехода из жидкого в твердое стеклообразное состояіше, получить дополнительную информацию об особишостях структуры неорганических стекол и аморфных полішеров. Эта цель включает в себя решение следующих задач:
- вывод удобной для расчета формулы внутреннего давления твердых тел;
- расчет максимального внутреннего давления неорганических стекол и аморфных полимеров и сравнение его с деформационно-прочностными характеристиками этих материалов, в частности, с пределом, пластичности;
- исследование вязкости силикатных и других неорганических стекол в
области стеклования;
- интерпретация внутреннего давления и вязкости стеклообразных .твердых
тел и их расплавов в рамках дырочно-кластерной модели.
Научная новизна работы заключается в следующем. В 1978 году нами впервые проведены систематические исследования вязкости неорганических стекол в рамках теории свободного объема [2, 22] и показано, что критерий стеклования жидкости, заключающийся в постоянстве доли флуктуационного свободного объема fg » Const ~ 0.025 при температуре стеклования, справедлив не только для аморфных органических полимеров, но и для низкомолекулярных неорганических стекол. Тем самым установлен некий общий признак у разных классов стеклообразных систем.
Получена новая формула максимального внутреннего давления твердых тел как функции упругих постоянных и с ее помощью впервые установлена количественная связь между параметром Грюнайзена и коэффициентом Пуассона, которая находится в согласии с экспериментальными данными [1, 3, 4, 23]. Проведены систематические исследования акустических свойств ряда органических, жидкостей и выполнен расчет параметров дырочно-кластерной модели различных жидкостей и стекол [5-8, ] 1-20].
Практическая ценность. Полученные результаты могут быть использованы в материаловедении, в частности, при прогнозировании деформационно-прочностных характеристик стеклообразных твердых тел. Предложен простой способ приближенной оценки предела пластичности аморфных твердых тел по данным об упругих постоянных.
Основные защищаемые положения. На защиту выносятся следующие научные положения:.
1. Предел пластичности стеклообразных твердых тел определяется величиной максимального внутреннего давления. При этом у силикатных и
германатных неорганических стекол предел пластичности ств один и тот же у недефоршгрованной и деформированной структур, а у аморфных органических полимеров в процессе пластической деформации происходит измените степени ангармонизма межмолекулярных связей (решеточного параметра Грюнайзена), что приводит к снижению предела пластичности. 2. Критерий стеклования жидкости, заключающийся в приближенном постоянстве доли флуктуационного свободного объема при температуре стеклования fg ж Const я 0.025, справедлив не только для аморфных органических полимеров, но и для низкомолекулярньгх органических и неорганических стекол. Апробация работы: Основные результаты докладывались и обсуждались на четвертой и пятой всесоюзных конференциях "Методика и техника ультразвуковой спектроскопии" ( Вильнюс, 1980 г., 1984 г.), на Втором Всесоюзном семинаре-совещании "Механизмы релаксационных процессов в стеклообразных системах" (г. Улан-Удэ, 1985 г.), Всесоюзном семинаре "Строение и природа металлических и неметаллических стекол" (Ижевск, 1989 г.), международной конференции "Строение, свойства и применение фосфатных, фторидных и халькогенидньгх стекол" (Рига, 1990 г.), Всесоюзной конференции " Релаксационные явления и свойства полимерных материалов" (Воронеж, 1990 г.), Первой региональной конференции "Исследования в области молекулярной физики" (г. Улан-Удэ, 1994 г.), Второй региональной конференции "Жидкость. Проблемы и решения" (г. Улан-Удэ, 1996 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликованы 23 работы. Объем работы. Диссертация изложена на 148 листах, содержит 25 рисунков, 17 таблиц и 4 приложения из 19 таблиц. Библиография включает 158 наименований. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и 4 приложений.
Личный вклад соискателя. Сборка установок и экспериментальные данные, описанные в главе 2, а также исследования вязкости, отражегаше в главе 3, выполнены лично автором. Автор диссертации пршпшал активное участие в
6 постановке задачи, во всех расчетах, интерпретации и формулировке полученных
результатов.
