發(fā)布時間：2020-12-28 14:21

　　固體材料由晶體和非晶兩大類構(gòu)成,晶體由于其具有周期性的點陣結(jié)構(gòu),關(guān)于它的研究已經(jīng)相當成熟。有趣的是,與我們?nèi)粘Ｉ罹o密相連的更多的是非晶固體材料,它不像晶體具有長程有序性。作為另一種固體,非晶固體又稱無序固體,不僅存在形式豐富多樣,而且性質(zhì)不同尋常。在過去的幾十年,關(guān)于其特性的研究一直困擾著凝聚態(tài)物理領(lǐng)域,然而距離建立非晶固體完美而自洽的基礎(chǔ)理論還很遙遠。近年來,人們開始從晶體和非晶固體相互轉(zhuǎn)化的角度理解非晶固體,并且受到大量關(guān)注。這些研究包括在晶體演化為非晶固體過程中無序扮演著什么樣的角色?調(diào)控復雜的無序結(jié)構(gòu)對非晶固體材料特性有何影響?以及,幾乎所有的物質(zhì)在適當?shù)臈l件下都能形成非晶固體,那么在非晶固體形成過程中無序起什么作用?在第一章的緒論中,我們首先簡單介紹了軟物質(zhì)及其突出特點和非晶材料的研究現(xiàn)狀,接著重點介紹了玻璃化轉(zhuǎn)變的動力學特征、熱力學特征以及一些重要的理論模型。然后從Jamming相圖出發(fā),在短程純排斥小球構(gòu)成的理想模型中,我們進一步論述了 Jamming轉(zhuǎn)變以及Jammed體系的行為特征。在第二章中,我們簡要介紹了振動模的計算與表征,本征振動模分析是幫助理解無序固體的的重... 

【文章來源】：中國科學技術(shù)大學安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：109 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１軟物質(zhì)舉例ｔ

?第１章緒?論???■Ｈｉｍ??１１?：??：?；??Ｔｇａ?Ｔｇｂ?Ｔｍ??Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ??圖１．２晶體、過冷液體以及玻璃的形成路徑圖。極其緩慢地降溫時液體在７；處結(jié)晶（體積??發(fā)生跳變），較快地降溫時越過結(jié)晶而形成過冷液體，繼續(xù)降溫時，其中較緩慢地在??ｒｓａ處發(fā)生玻璃化轉(zhuǎn)變，而較快地在發(fā)生玻璃化轉(zhuǎn)變。摘自文獻｜８１。??得到的７；越低，降溫速率越大，得到的７；越高，所以７；的意義一直存在爭議。??但文獻［９］指出，降溫速率對最終７；數(shù)值的影響并不是很大，如降溫速率減小十??倍，７；也就減�。常担�。因此即使７；數(shù)值依賴于降溫速率等，但并不影響其物理，??所以仍然作為描述玻璃化轉(zhuǎn)變的重要參量。??與Ｐ?－?ｒ平面的玻璃化轉(zhuǎn)變類似的是，近年來Ｐａｔｒｉｃｋ等人＿通過理論與模??擬提出硬球體系在壓縮過程中的玻璃化轉(zhuǎn)變相圖￥－必平面），如圖１．３所示。在??這里，壓強的倒數(shù)類比溫度，因此，壓縮過程實際就相當于降溫過程，所以玻璃??化轉(zhuǎn)變體積分數(shù)ｈ就類似＆依賴于具體的壓縮率。除此之外，更有意思的是，??他們提出在玻璃態(tài)中還存在一種轉(zhuǎn)變（又稱為Ｇａｒｄｎｅｒ轉(zhuǎn)變），即從穩(wěn)定玻璃轉(zhuǎn)變??成臨界玻璃，相應的勢能圖景為從一個簡單的勢阱變?yōu)橐粋�具有分形結(jié)構(gòu)的的??臨界勢阱，所以硬球體系在發(fā)生Ｇａｒｄｎｅｒ轉(zhuǎn)變時，體系不斷進人越來越深的分形??式勢講，當壓縮到無窮時，對應著Ｊａｍｍｅｄ態(tài)，如圖１．３中紅色Ｊ－ｌｉｎｅ。??液體通過快速降溫避開結(jié)晶過程形成過冷液體，其結(jié)構(gòu)類似于液體，保持長??程無序排列，在常規(guī)的時間尺度下，其表現(xiàn)為固體（具有力學穩(wěn)定性），但是非晶??固體內(nèi)部又發(fā)生著緩慢的流變行為。上百年的瀝

?第１章緒?論???〇４；?ＮＶ＾ｕＢｉｂｒｈ？Ｂｑｕｉｄ?，■??Ｃ??。１．??〇〇｜?，?二?Ｖ?一＿??４?５?６?７—＂?８?？?９??２Ｖｄ?」■＿??圖１．３高維硬球體系在壓縮過程中壓強－體積分數(shù)相圖，白色為穩(wěn)定玻璃和臨界玻璃，中間??藍線為Ｇａｒｄｎｅｒ轉(zhuǎn)變線，兩條綠線為從穩(wěn)定玻璃轉(zhuǎn)變?yōu)榕R界玻璃的兩個實例。摘自??文獻【１０】。??人［１１］甚至把玻璃態(tài)歸為物質(zhì)的第四狀態(tài)。諾貝爾物理學獎獲得者Ｐ．?Ｗ．?Ａｎｄｅｒｓｏｎ??甚至稱玻璃化轉(zhuǎn)變的本質(zhì)是“固體理論中最高深、最有趣的未解決的問題”（“ｔｈｅ??ｄｅｅｐｅｓｔ?ａｎｄ?ｍｏｓｔ?ｉｎｔｅｒｅｓｔｉｎｇ?ｕｎｓｏｌｖｅｄ?ｐｒｏｂｌｅｍ?ｉｎ?ｓｏｌｉｄ?ｓｔａｔｅ?ｔｈｅｏｒｙ”）［１２］?〇?除此之夕卜，??國際著名期刊《Ｓｃｉｅｎｃｅ》在其創(chuàng)刊１２５周年的時候把“玻璃態(tài)的本質(zhì)是什么”列??為１２５個亟需解決的重大科學問題之一。經(jīng)過多年的研究，人們對玻璃以及??玻璃化轉(zhuǎn)變有了更多的了解和認識。??１．２＿２動力學特征??對于形成不同玻璃的的過冷液體，包括分子玻璃、金屬玻璃等，它們都具有??相同的動力學特征。如隨著溫度趨近７；，體系的動力學急劇變慢。為什么過冷??液體的弛豫時間會發(fā)生如此顯著的變化正是玻璃領(lǐng)域面臨的最大難題。研究玻??璃轉(zhuǎn)變在某種意義上等同于研究動力學急劇變化的原因。因此，研究過冷液體動??力學來研究玻璃化轉(zhuǎn)變是普遍遵循的思路。??盡管不同系統(tǒng)具有不同的相互作用，但是如果使用其７；做歸一，它們的動??力學隨溫度的變化可以標度在一張圖中，即著名的“ＡｎｇｄｌＰｌ〇ｔ”［８］，如圖１．４所示。??借


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