陳澤明 畢東陽(yáng) 王利民

(燕山大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,亞穩(wěn)材料制備技術(shù)與科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,河北秦皇島066004)

三乙酸甘油酯玻璃化轉(zhuǎn)變的焓弛豫與介電弛豫研究

陳澤明 畢東陽(yáng) 王利民*

(燕山大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,亞穩(wěn)材料制備技術(shù)與科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,河北秦皇島066004)

脆性較高的玻璃形成分子液體通常在焓弛豫和介電弛豫動(dòng)力學(xué)上表現(xiàn)出明顯的差異性,為了深入理解這一問(wèn)題,本文針對(duì)具有較高液體脆性的三乙酸甘油酯對(duì)比研究了焓弛豫與介電弛豫行為.利用這兩個(gè)技術(shù)分別研究了結(jié)構(gòu)弛豫動(dòng)力學(xué)過(guò)程的非Arrhenius與非指數(shù)特征,液體脆性因子與非指數(shù)性因子的對(duì)比顯示很好的一致性.分析表明分子的柔性有可能對(duì)這兩種弛豫過(guò)程中分子運(yùn)動(dòng)的相關(guān)性產(chǎn)生明顯的影響.討論了玻璃形成液體的分子結(jié)構(gòu)與動(dòng)力學(xué)參數(shù)之間的關(guān)聯(lián).

玻璃化轉(zhuǎn)變;過(guò)冷液體;結(jié)構(gòu)弛豫; 焓弛豫;介電弛豫

1 引言

液態(tài)和非晶態(tài)中的結(jié)構(gòu)弛豫,涉及到內(nèi)部原子或分子的重排,而對(duì)這一動(dòng)力學(xué)過(guò)程的研究,是獲得有關(guān)這些相互作用的信息最有效的途徑之一.1研究結(jié)構(gòu)弛豫的測(cè)量方法有多種,如焓弛豫、介電弛豫、體積弛豫、機(jī)械弛豫、核磁共振、光學(xué)去極化以及融合技術(shù)等.2-6多種弛豫技術(shù)的綜合應(yīng)用有助于從微觀角度深入理解液體的結(jié)構(gòu)弛豫.過(guò)冷液體的結(jié)構(gòu)弛豫動(dòng)力學(xué)與常態(tài)(溫度高于熔點(diǎn))液體相比顯示出巨大的差異.實(shí)驗(yàn)研究表明過(guò)冷液體具有三個(gè)動(dòng)力學(xué)特征:非簡(jiǎn)單熱激活(非Arrhenius)、非指數(shù)性和非線性特征.7非簡(jiǎn)單熱激活特征是指液體的動(dòng)力學(xué)參數(shù)(如粘度或弛豫時(shí)間)不遵循Arrhenius的溫度關(guān)系,通過(guò)Fragility(液體脆性)8可以定量表征.7,9液體脆性因子一般用m指數(shù)表征,m=(dlgx)/d(Tg/T)|T=Tg,其中Tg是玻璃化轉(zhuǎn)變溫度,x為粘度或弛豫時(shí)間.非指數(shù)性源于體系中分子運(yùn)動(dòng)的異質(zhì)性,10表現(xiàn)為特定溫度下弛豫時(shí)間存在一個(gè)分布.非線性特征是由于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)溫度偏離動(dòng)力學(xué)溫度(實(shí)際溫度),使得弛豫動(dòng)力學(xué)不僅是動(dòng)力學(xué)溫度的函數(shù),而且是結(jié)構(gòu)函數(shù).多年來(lái),有關(guān)過(guò)冷液體動(dòng)力學(xué)的研究一直是廣大研究者所關(guān)注的熱點(diǎn).11-14液體中的結(jié)構(gòu)弛豫與其它弛豫(例如二級(jí)弛豫等)動(dòng)力學(xué)相比,隨過(guò)冷度變化更大,這就有利于在深過(guò)冷區(qū)上把結(jié)構(gòu)弛豫分離出來(lái),從而方便利用不同弛豫技術(shù)對(duì)該動(dòng)力學(xué)進(jìn)行對(duì)比研究.

本文將針對(duì)具有高液體脆性因子的玻璃形成液體在深過(guò)冷條件下進(jìn)行焓弛豫與介電弛豫研究.焓弛豫被認(rèn)為是最基本的弛豫形式,能夠最大程度地反映過(guò)冷液體的這些基本特征.15這一技術(shù)在許多玻璃態(tài)物質(zhì)的研究中已被廣泛應(yīng)用.16-19介電弛豫作為一種可靠的技術(shù),廣泛地應(yīng)用于過(guò)冷液體結(jié)構(gòu)弛豫的研究,能夠精確地獲得動(dòng)力學(xué)特征參數(shù).5,20我們21最近研究了分子液體的焓弛豫和介電弛豫,發(fā)現(xiàn)對(duì)于大多數(shù)的物質(zhì),兩種技術(shù)測(cè)得的液體脆性因子與非指數(shù)因子基本一致.但是對(duì)于某些具有高液體脆性因子的體系,焓弛豫與介電弛豫測(cè)量得到的非指數(shù)因子相差較大.目前關(guān)于焓弛豫與介電弛豫比較研究的報(bào)道比較有限.22如何解釋焓弛豫與介電弛豫在這些體系中所表現(xiàn)出的差異性需要更廣泛的研究.

我們選擇結(jié)構(gòu)上與以往的研究體系明顯不同、但同樣具有較高液體脆性的分子液體作為研究對(duì)象進(jìn)行焓弛豫與介電弛豫的對(duì)比研究.研究體系的選擇還需要考慮以下幾點(diǎn):(1)液體應(yīng)有高的玻璃形成能力,便于在圍繞玻璃化轉(zhuǎn)變的深過(guò)冷區(qū)間進(jìn)行弛豫研究;(2)應(yīng)有較高的介電強(qiáng)度,便于根據(jù)介電譜精確確定弛豫的非指數(shù)因子;(3)盡量避免氫鍵的形成,我們23-26一系列的研究表明氫鍵有可能對(duì)介電譜產(chǎn)生特殊的影響.過(guò)去的研究報(bào)道了具有鏈狀結(jié)構(gòu)的三乙酸甘油酯的介電測(cè)量,盡管缺乏完整的介電譜,但報(bào)道的數(shù)據(jù)顯示該液體可能具有較高的液體脆性.27為此,我們選擇該液體進(jìn)行研究.本文首先完成了對(duì)三乙酸甘油酯的焓弛豫和介電弛豫測(cè)量,進(jìn)而對(duì)基于兩種技術(shù)而確定的動(dòng)力學(xué)參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)進(jìn)行了討論.

2 實(shí)驗(yàn)部分

液體triacetin,99%,購(gòu)于Alfa Aesa公司,測(cè)試之前沒(méi)有對(duì)其進(jìn)一步提純.熱力學(xué)的測(cè)量在美國(guó)Perkin-Elmer(PE)Diamond Differential Scanning Calorimeter(DSC)上完成.26DSC首先進(jìn)行溫度與能量標(biāo)定.試樣測(cè)試中的掃描程序參考本研究組以前工作.28對(duì)于變速率掃描的過(guò)程,保持恒定升溫速率(+20 K·min-1)的同時(shí),降溫速率設(shè)置為常用的-20,-10,-5,-2.5 K·min-1.溫度區(qū)間選為T(mén)g+30 K到Tg

-50 K,溫度范圍的選取基于以下原則:在所設(shè)定的低溫極限下不發(fā)生弛豫(或者弛豫動(dòng)力學(xué)足夠慢),而在高溫極限下液態(tài)能達(dá)到平衡態(tài).

介電弛豫測(cè)量在德國(guó)Novocontrol寬頻介電譜儀(Concept 80)上進(jìn)行,待測(cè)液體置于被厚度為25 μm聚四氟乙烯條形薄膜隔開(kāi)的上下兩片黃銅電極板間,溫控系統(tǒng)選擇精度為0.1 K的Novocontrol Quatro控制器.測(cè)試頻率為0.01 Hz-10 MHz.測(cè)量及數(shù)據(jù)分析的詳細(xì)介紹可參照已發(fā)表的文章.26,29

3 結(jié)果與討論

3.1 液體脆性因子

圖1為冷卻與加熱速率均為20 K·min-1時(shí)測(cè)量得到的三乙酸甘油酯玻璃化轉(zhuǎn)變熱容曲線,利用升溫曲線求得三乙酸甘油酯玻璃化轉(zhuǎn)變起始溫度Tg-onset為202 K.可以看到,在遠(yuǎn)高于或者遠(yuǎn)低于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí),冷卻與加熱曲線上的液相(玻璃相)熱容值相等,而在玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)內(nèi),冷卻和加熱曲線的熱容值呈現(xiàn)明顯的差別.早期的研究表明,液體經(jīng)連續(xù)冷卻得到的玻璃態(tài)可以由一個(gè)結(jié)構(gòu)溫度(也稱虛溫度,Tf)來(lái)表達(dá).30如果說(shuō)實(shí)測(cè)溫度是一個(gè)與動(dòng)能相關(guān)的量,那么結(jié)構(gòu)溫度則是一個(gè)與勢(shì)能相關(guān)的熱力學(xué)量.31Moynihan等30提出了從熱容曲線中確定結(jié)構(gòu)溫度的方法:

圖1 冷卻與加熱過(guò)程中三乙酸甘油酯的玻璃化轉(zhuǎn)變熱容曲線Fig.1 Heat capacity curves in the vicinity of glass transition of triacetin obtained from cooling and heating measurements The cooling and heating rates are 20 K·min-1.ΔCprepresents the heat capactiy jump upon glass transition,ΔHRisthe relaxation enthalpy,and Tgis the glass transition temperature. ΔCp=0.63 J·g-1·K-1;ΔHR=1.49 J·g-1;Tg=202 K

其中T*是Tg以上平衡液相區(qū)任一溫度,Cp-liquid、Cp-glass和Cp分別表示液態(tài)、玻璃態(tài)和溫度T時(shí)對(duì)應(yīng)的熱容值,其中Cp-liquid可近似看成定值,Cp-glass和Cp的值是隨溫度變化的.根據(jù)方程(1)所得到的冷卻與加熱過(guò)程中液態(tài)與玻璃態(tài)的結(jié)構(gòu)溫度如圖2所示,其中插圖是加熱過(guò)程中通過(guò)熱容曲線求結(jié)構(gòu)溫度Tf的示意圖.可以看出,低于某一溫度時(shí),冷卻和加熱過(guò)程的結(jié)構(gòu)溫度均與實(shí)測(cè)溫度產(chǎn)生偏離.玻璃的結(jié)構(gòu)溫度與冷卻速率存在定量的關(guān)聯(lián):q=q0exp(-h/RTf),其中q是冷卻速率,q0為常數(shù),R是氣體常數(shù),h是激活能, h=ln(10)RTgm(m為表征液體脆性因子的參數(shù)).28,32因此可以通過(guò)該關(guān)系計(jì)算出液體脆性因子.圖3顯示了不同速率下冷卻得到的玻璃態(tài)在加熱測(cè)量中的升溫?zé)崛萸€.根據(jù)方程(1)確定了各玻璃態(tài)的結(jié)構(gòu)溫度,圖3插圖給出了冷卻速率與結(jié)構(gòu)溫度的關(guān)系,得到激活能h=303.4 kJ·mol-1,并利用前文提到的關(guān)系式得到m=78.有機(jī)小分子液體脆性通常有一個(gè)寬范圍(例如從52到145),33,34m=78表明三乙酸甘油酯是動(dòng)力學(xué)脆性較高的液體.

圖2 三乙酸甘油酯結(jié)構(gòu)溫度(Tf)與實(shí)際測(cè)量溫度之間的關(guān)系Fig.2 T-dependence of the fictive temperature(Tf)of triacetinThe inset shows a schematic of the determination of the fictive temperature from a heating heat capacity curve.

根據(jù)圖1可以計(jì)算冷卻與加熱過(guò)程中體系焓的變化.圖4插圖顯示了冷卻與加熱過(guò)程焓曲線的差別.這一差別源于玻璃態(tài)在升溫加熱過(guò)程中發(fā)生了焓弛豫以及隨后經(jīng)玻璃化轉(zhuǎn)變后發(fā)生了焓回復(fù).35冷卻焓與加熱焓曲線差的最高點(diǎn)定義為弛豫焓ΔHR,26三乙酸甘油酯在這一過(guò)程中的弛豫焓ΔHR= 1.49 J·g-1.我們35最近對(duì)一系列具有不同脆性的液體進(jìn)行焓弛豫研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)固定冷卻與加熱速率(例如20 K·min-1),弛豫焓ΔHR與液體脆性參數(shù)m之間存在著顯著的關(guān)系.35圖4給出了三乙酸甘油酯的測(cè)量數(shù)據(jù),與文獻(xiàn)26報(bào)道的結(jié)果相比,顯示很好的一致性,證明了通過(guò)焓弛豫得到的液體脆性參數(shù)的可靠性.

三乙酸甘油酯介電弛豫的研究已有報(bào)道,但是缺乏完整的介電譜數(shù)據(jù).36因此,我們?cè)?05-239 K溫度區(qū)間(溫差為2 K)進(jìn)行了測(cè)量,得到的介電譜如圖5插圖.利用Havriliak-Negami(HN)方程對(duì)介電譜進(jìn)行分析:37

圖3 不同冷卻速率下得到玻璃態(tài)三乙酸甘油酯的升溫?zé)崛萸€Fig.3 Heating heat capacity curves of the triacetin glasses obtained at different cooling ratesa,b,c,and d correspond to the heating heat capacity curves of the sample quenched at cooling rates(q)of 20,10,5,and 2.5 K·min-1. The heating rates keep fixed at 20 K·min-1.The inset shows the dependence of fictive temperatures on cooling rates.

圖4 弛豫焓、比熱及玻璃化轉(zhuǎn)變溫度構(gòu)成的熱力學(xué)量與液體脆性參數(shù)關(guān)系圖Fig.4 Dependence of fragility on the thermodynamic quantity defined by the relaxation enthalpy,heat capacity jump,and glass transition temperatureThe solid circles represent the substances in the order of 1,decalin; 2,decahydroisoquinoline;3,propylene carbonate;4,di-n-butyl phthalate;5,ortho-terpheny;6,2-ethylhexylamine;7,3-methoxy-1-butanol;8,glycerol;9,methyl m-toluate.The triangle is the substance of this study.The inset shows the difference between the cooling and heating enthalpy curves.m:fragility

其中Δε為介電弛豫強(qiáng)度,ε∞為高頻介電常數(shù),ε0為真空介電常數(shù),ω為頻率,τ為弛豫時(shí)間,其溫度關(guān)系通常由Vogel-Fulcher-Tammann(VFT)方程來(lái)描述:7τ=τ0exp[B/(T-T0)],其中τ0、B和T0為常數(shù).α和γ為形狀因子,σdc為直流電導(dǎo)率.對(duì)三乙酸甘油酯介電譜的擬合得到lgτ=-16+814.4/(T-156.5)(圖5所示).動(dòng)力學(xué)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度通常定義為弛豫時(shí)間在100 s時(shí)的溫度,7圖5給出動(dòng)力學(xué)Tg=201.74 K,利用弛豫時(shí)間τ和溫度T之間的關(guān)系m=(dlgx)/d(Tg/T)|T=Tg計(jì)算得到液體脆性因子m=80,這與焓弛豫測(cè)量結(jié)果(m= 78)基本一致.

圖5 三乙酸甘油酯的介電弛豫時(shí)間與溫度倒數(shù)構(gòu)成的激活曲線圖Fig.5 Activation plot based on the reciprocal temperature dependence of dielectric relaxation time of triacetinThe inset shows the dielectric relaxation loss measured in the temperature range from 205 to 239 K with 2 K interval,and the fit of the HN equation to the spectrum measured at 207 K(dash line).

3.2 非指數(shù)因子

我們使用(TNMH)方法處理焓弛豫問(wèn)題,通過(guò)對(duì)熱容曲線的分析確定非指數(shù)因子.38-41該方法與介電弛豫的等溫測(cè)量不同,是在包含玻璃化轉(zhuǎn)變?cè)趦?nèi)的溫度區(qū)間內(nèi)的測(cè)量,同時(shí)要求非指數(shù)因子β在這一轉(zhuǎn)變過(guò)程中保持恒定.幸運(yùn)的是,大量的實(shí)驗(yàn)研究表明:非指數(shù)因子在玻璃轉(zhuǎn)變溫度附近的高粘度區(qū)為一常數(shù).34,42此方法在本課題組對(duì)氫鍵和非氫鍵玻璃形成液體的研究中已得到應(yīng)用.26TNMH方法包括三個(gè)方程:

其中β是非指數(shù)因子(1≥β>0),β=1代表純指數(shù)性弛豫.q*是冷卻或加熱速率,τ0是溫度T下液體的結(jié)構(gòu)弛豫時(shí)間,h是玻璃化轉(zhuǎn)變激活能(上文中已求得, h=303.4 kJ·mol?1),x是非線性因子(1≥x>0).玻璃化轉(zhuǎn)變熱容曲線形狀由h、x、β三個(gè)參數(shù)決定,當(dāng)h值固定,通過(guò)擬合可以得到x和β值.圖6實(shí)線給出了根據(jù)方程(3)得到的歸一化玻璃化轉(zhuǎn)變熱容曲線,利用TNMH方法對(duì)該曲線進(jìn)行擬合分析(圖6虛線)確定x=0.32,βent=0.61(βent為焓弛豫得到的β).

圖6 歸一化的三乙酸甘油酯熱容曲線與利用TNMH方法得到的擬合曲線Fig.6 Normalized heat capacity curve of triacetin and the fit of the TNMH model to the dataCp-normalized=dTf/dT.The heat capacity curve was obtained from a heating measurement of the quenched sample.The heating and cooling rates are the same of 20 K·min-1.TNMH:Tool-Narayanaswarmy-Moynihan-Hodge method

利用公式β=(αγ)1/1.23可以把α和γ轉(zhuǎn)換得到介電弛豫下的βdie值(βdie為介電弛豫得到的β).34,43由于非指數(shù)因子在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度附近為一常數(shù),并且為了能與焓弛豫測(cè)定的β值有一個(gè)合理的比較,我們選擇207 K處的介電損失譜進(jìn)行擬合,如圖5插圖虛線所示,得到α=0.95,γ=0.55.進(jìn)一步計(jì)算得到βdie= 0.59,這與焓弛豫得到的βent=0.61基本吻合.

3.3 焓弛豫與介電弛豫的比較

三乙酸甘油酯的焓弛豫與介電弛豫結(jié)果無(wú)論在脆性因子還是非指數(shù)因子上都顯示了較好的一致性,這與同樣具有較高液體脆性因子的碳酸丙烯酯與十氫異喹啉的測(cè)量結(jié)果不同.后者盡管焓弛豫與介電弛豫測(cè)定的液體脆性因子差別不大,但非指數(shù)因子明顯不同.21根據(jù)我們利用TNMH方法對(duì)碳酸丙烯酯焓弛豫的最新數(shù)據(jù),非指數(shù)因子βent=0.62.表明非指數(shù)因子在焓弛豫與介電弛豫上的差別與液體脆性的高低沒(méi)有顯著的關(guān)聯(lián).與其他各種弛豫技術(shù)相比,焓弛豫被認(rèn)為最能反映過(guò)冷液體結(jié)構(gòu)弛豫的非Arrhenius和非指數(shù)特征,因此,可能具有最大的弛豫譜寬度(或者最小的非指數(shù)因子).15介電技術(shù)對(duì)液體結(jié)構(gòu)弛豫的測(cè)量反映的是液體分子偶極矩在電場(chǎng)作用下的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力學(xué),由于高粘度液體中分子間存在較強(qiáng)的牽制作用,分子轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)必然受周圍環(huán)境的影響.我們以往針對(duì)大量的小分子進(jìn)行了焓弛豫與介電弛豫的對(duì)比研究,發(fā)現(xiàn)對(duì)于大多數(shù)的液體,非指數(shù)因子在實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi)基本吻合,表明結(jié)構(gòu)弛豫的介電測(cè)量過(guò)程中涉及到的分子運(yùn)動(dòng)自由度基本能夠反映焓弛豫過(guò)程中分子的運(yùn)動(dòng).仔細(xì)比較發(fā)現(xiàn),這些分子通常具有一定的柔性,相反,對(duì)于剛性較強(qiáng)且分子偶極矩較高的液體如碳酸丙烯酯,其介電弛豫得到的非指數(shù)因子較大.這可能暗示分子偶極矩高、且分子剛性較強(qiáng)的體系中得到的介電信號(hào)有可能難以全面反映液體結(jié)構(gòu)弛豫過(guò)程中分子間內(nèi)在的關(guān)聯(lián).三乙酸甘油酯分子具有鏈狀結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)上可以看成丙三醇中的三個(gè)氫鍵被酯基取代而成.與具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的分子相比,柔性相對(duì)較高.三個(gè)支鏈末端都是具有較高極性的酯基,可以預(yù)計(jì)在電場(chǎng)作用下容易獲得分子轉(zhuǎn)動(dòng)相關(guān)的全面的信息,使介電弛豫測(cè)量的非指數(shù)因子比較接近于焓弛豫的結(jié)果.本文介電測(cè)量得到的非指數(shù)因子稍高于焓弛豫,分析認(rèn)為可能來(lái)自于TNMH方程與HN方程在擬合實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)產(chǎn)生的誤差.

三乙酸甘油酯與丙三醇在結(jié)構(gòu)上存在一定的關(guān)聯(lián),可以分別看做是鏈狀丙烷被酯基和羥基取代的衍生物.丙三醇是經(jīng)典的玻璃形成液體,介電弛豫測(cè)量得到m=53,β=0.64.21目前針對(duì)液體脆性因子與結(jié)構(gòu)關(guān)系的研究主要集中在高分子方面,44對(duì)于小分子中二者之間的關(guān)聯(lián)相對(duì)較少.45相比羥基取代,酯基的取代增大了分子結(jié)構(gòu)(分子量),但是沸點(diǎn)顯著降低(由丙三醇的560 K減弱到三乙酸甘油酯的520 K),表明分子間相互作用程度降低.我們最近對(duì)結(jié)構(gòu)相似的液體動(dòng)力學(xué)進(jìn)行研究,顯示分子間作用力的增強(qiáng)導(dǎo)致液體脆性因子的降低與非指數(shù)因子的增加,46與目前的結(jié)果相一致.另一方面,我們也發(fā)現(xiàn)沸點(diǎn)接近的同質(zhì)異構(gòu)分子體系,高的分子柔性有利于提高非指數(shù)因子,47這有可能部分地抵消了由于降低的分子間作用力而導(dǎo)致的非指數(shù)因子的降低.綜合這兩方面的因素,三乙酸甘油酯中非指數(shù)因子與丙三醇相比,減小幅度并不大.

4 結(jié)論

利用焓弛豫與介電弛豫技術(shù)對(duì)玻璃形成液體三乙酸甘油酯的結(jié)構(gòu)弛豫動(dòng)力學(xué)在深過(guò)冷溫度區(qū)間進(jìn)行了對(duì)比研究.通過(guò)兩種方法確定了液體脆性因子和非指數(shù)因子分別為m=78,βent=0.61和m=80,βdie= 0.59,具有較高的一致性,預(yù)示在高粘性區(qū)間三乙酸甘油酯介電弛豫過(guò)程中所涉及的分子運(yùn)動(dòng)基本對(duì)應(yīng)焓弛豫中的分子運(yùn)動(dòng).分析表明兩種技術(shù)在探測(cè)結(jié)構(gòu)弛豫分子運(yùn)動(dòng)上的差異性與分子結(jié)構(gòu)相關(guān),分子柔性高的液體通常具有較好的相關(guān)性.與丙三醇動(dòng)力學(xué)參數(shù)的對(duì)比說(shuō)明分子結(jié)構(gòu)與液體動(dòng)力學(xué)參數(shù)之間存在一定的關(guān)聯(lián).

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April 17,2012;Revised:June 6,2012;Published on Web:June 6,2012.

Enthalpy and Dielectric Relaxations of Triacetin in the Vicinity of Glass Transition

CHEN Ze-Ming BI Dong-Yang WANG Li-Min*
(State Key Laboratory of Metastable Materials Science and Technology,College of Materials Science and Engineering, Yanshan University,Qinhuangdao 066004,Hebei Province,P.R.China)

To understand the experimental observation that the dynamic parameters determined for enthalpy and dielectric relaxation might differ in fragile glass-forming molecular liquids,a fragile molecular liquid,triacetin,was chosen for the study of the two relaxation dynamics.The non-Arrhenius and nonexponential characters were focused,and the kinetic fragility and non-exponential parameter determined from the two relaxation measurements were found to be remarkably similar.Experimental results indicate that the degree of correlation in the molecular motions involved in the two relaxations depends on molecular flexibility.The dependence of the dynamic parameters on molecular structures in the glass forming liquids is discussed.

Glass transition;Supercooled liquid;Structural relaxation;Enthalpy relaxation; Dielectric relaxation

10.3866/PKU.WHXB201206061

O641;O649

?Corresponding author.Email:limin_wang@ysu.edu.cn;Tel:+86-335-8387757.

The project was supported by the National Natural Science Foundation of China(51071138),Natural Science Foundation of Hebei Province,China (A2010002048),and Science Foundation of Yanshan University for the Excellent Ph.D.Students,China(YSUSF201102).

國(guó)家自然科學(xué)基金(51071138),河北省自然科學(xué)基金(A2010002048)和燕山大學(xué)優(yōu)秀博士生科學(xué)基金(YSUSF201102)資助項(xiàng)目