В физике конденсированного состояния и физической химии термины вязкая жидкость , переохлажденная жидкость и стеклообразующая жидкость часто используются взаимозаменяемо для обозначения жидкостей , которые одновременно являются высоковязкими ( см. Вязкость аморфных материалов ), могут быть или являются переохлажденными и способны образовывать стекло .
Механические свойства стеклообразующих жидкостей зависят в первую очередь от вязкости. Поэтому следующие рабочие точки определяются с точки зрения вязкости. Температура указана для промышленного натриево-кальциевого стекла : [1]
В широко распространенной классификации, предложенной химиком Остином Энджеллом , стеклообразующая жидкость называется прочной , если ее вязкость приблизительно подчиняется закону Аррениуса (log η линейна по 1/ T ). В противоположном случае явно неаррениусовского поведения жидкость называется хрупкой . Эта классификация не имеет прямого отношения к общепринятому использованию слова «хрупкость» для обозначения хрупкости . Вязкое течение в аморфных материалах характеризуется отклонениями от поведения типа Аррениуса: энергия активации вязкости Q изменяется от высокого значения Q H при низких температурах (в стеклообразном состоянии) до низкого значения Q L при высоких температурах (в жидком состоянии). Аморфные материалы классифицируются в соответствии с отклонением от поведения типа Аррениуса их вязкости как либо прочные, когда Q H -Q L <Q L , либо хрупкие , когда Q H -Q L ≥Q L. Хрупкость аморфных материалов численно характеризуется коэффициентом хрупкости Дормуса R D =Q H /Q L . Прочные расплавы - это те, у которых (R D -1) < 1, тогда как хрупкие расплавы - это те, у которых (R D -1) ≥ 1. Хрупкость связана с процессами разрыва связей материалов, вызванными тепловыми флуктуациями. Разрыв связей изменяет свойства аморфного материала таким образом, что чем выше концентрация разорванных связей, называемых конфигуронами, тем ниже вязкость. Материалы с более высокой энтальпией образования конфигурона по сравнению с их энтальпией движения имеют более высокий коэффициент хрупкости Дормуса, наоборот, расплавы с относительно более низкой энтальпией образования конфигурона имеют более низкую хрупкость. [4] Совсем недавно хрупкость была количественно связана с деталями межатомного или межмолекулярного потенциала, и было показано, что более крутые межатомные потенциалы приводят к более хрупким жидкостям. [5]
Микроскопическая динамика при низких и средних вязкостях рассматривается теорией сопряжения мод, разработанной Вольфгангом Гётце и его коллегами с 1980-х годов. Эта теория описывает замедление структурной релаксации при охлаждении до критической температуры Tc, обычно находящейся на 20% выше Tg.