玻璃转化 | 台灣精品獎-歷屆得獎名單
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玻璃轉化(glass transition)又稱玻璃化轉變,是玻璃-液體轉變(glass-liquid transition)的簡稱,是指非晶材料或在非晶區的半晶材料,隨著溫度的升高,由硬而脆且光亮透明的玻璃態逐漸轉變為黏性或橡膠態的漸進可逆轉變,亦即「玻璃態-高彈態轉變」。而具有玻璃轉化的非晶態固體,則稱為玻璃。藉由過冷使黏性液體呈玻璃態的反向轉變,稱為玻璃化。
玻璃轉化溫度(glass transition temperature, Tg)是玻璃態物質在玻璃態和高彈態之間相互可逆轉化的溫度。當溫度低於Tg時,因分子鏈無法運動,這時材料處於剛硬的「玻璃態」;當溫度高於Tg時,無定形狀態的分子鏈會開始做局部運動,材料會呈現類似橡膠般柔軟可撓的性質。
玻璃轉化表現出二級相變的表現,物質的熱容會發生連續的變化,但是玻璃轉化實際上是一個動力學轉化,因此玻璃轉化溫度的具體數值是與溫度變化的速度相關。常見的玻璃態物質有大部分的高分子材料和玻璃等等,在工業上有重要應用的玻璃態物質還有玻璃態金屬[1]。
溫度也是決定無定形高分子材料是堅硬或者是柔軟的因素:若 Tg > 室溫,則高分子材料是堅硬的;若 Tg < 室溫,則高分子材料是柔軟的。
液體向類固體狀態的玻璃化轉變可能隨著冷卻或壓縮而發生。[2] 這種轉變使得材料黏度在500 K的溫度範圍內平滑地增加高達17個數量級,而沒有明顯的材料結構變化。[3] [4] 與凍結或結晶相反,後者是Ehrenfest分類中的一級相變,體積、能量和黏度等熱力學和動力學性質會發生不連續性變化。在許多通常發生凍結轉變的材料中,如果快速冷卻,就容易在較低的溫度下導致玻璃化轉變。其他一些材料,如許多聚合物,缺乏明確定義的晶態,容易形成玻璃體,即使在非常緩慢的冷卻或壓縮下也是如此。材料在淬火時形成玻璃的傾向稱為玻璃形成能力。這種能力取決於材料的組成,並且可以通過剛度理論來預測。[5]
在轉變溫度範圍...
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