二元分子体系在过冷液态与玻璃态中二级（beta）弛豫动力学的常压与高压研究

There is increasing experimental evidence that beta-relaxations present in various glassy materials correlate closely with other properties of materials such as the thermal stability and deformation mechanisms. It is certain that the development of the understanding of the beta-relaxation dynamics would benefit the optimization of the properties in glassy materials. Yet, the physical origin of the beta-relaxations remains to be clarified. Specifically, the understanding of the microscopic structural correlation of the dynamics has not been commonly recognized. In this project, we propose an idea to explore the problem by focusing on the binary molecular systems of multiple mixing modes imposed by the modification of heat of mixing and volume of mixing. The conventional and high-pressure dielectric relaxation and enthalpy relaxation are used. Distinct experiments designed to demonstrate the effect of the microstructural modification on the beta-relaxation dynamics are performed to unveil the dynamic characters of the beta-relaxations in binary mixtures with diverse mixing modes. High pressure dielectric relaxations will be used in search of the relation of the beta-relaxation to both large and small constituents in binary glassy mixtures. The understanding of the microstructural origin of the beta-relaxation will be further developed by characterizing the thermodynamics of the beta-relaxations, where enthalpy relaxation measurements are involved. The studies are expected to offer new references to the ultimate interpretation of the beta-relaxation physics.

beta弛豫广泛存在于各类玻璃态材料中，不断增加的证据表明该动力学与玻璃态材料中的众多性质密切相关，包括稳定性与变形机制等。对beta弛豫的深入理解将为更有效地优化玻璃态材料的性能提供新的思路。目前对于beta弛豫物理本质的认识仍不清楚，与其对应的结构起源尚不清楚。本项目中，我们提出：选择具有多种混合特征的二元小分子体系作为研究对象，结合高压手段开展液态与玻璃态中beta弛豫动力学研究。计划采用多种方式建立beta弛豫与微观结构变化之间的对应关系。通过调控混合热与混合体积系统改变二元体系玻璃态的微结构，探索不同混合模式下的beta弛豫特征。利用常压与高压下的介电弛豫技术分析二元体系中beta弛豫与分子体积较大和较小组元运动之间的相关性。利用焓弛豫技术建立beta弛豫与热力学的关联，进一步理解该动力学的微结构起源。项目的开展将为最终理解beta弛豫的物理本质提供新的参考。

beta弛豫广泛存在于各类玻璃态材料中，不断增加的证据表明该动力学行为与玻璃态材料中的众多性质密切相关，包括稳定性与变形机制等。然而目前对于beta弛豫物理本质及与其对应的结构起源尚不清楚，大量基本科学问题仍有待解决。而其中一个十分关键的问题—beta弛豫与微观结构变化之间的关联目前还没有统一的解释。因此，对于beta弛豫的深入研究将有助于深化对玻璃态中局域结构信息的理解，建立微观结构改变与beta弛豫的关系，澄清beta弛豫动力学的物理本质，从而为优化玻璃态材料的性能提供新的思路。相比于纯物质，多组元混合体系易于通过调控组成来改变玻璃的结构，更加有利于探讨上述问题。因此，我们选择具有多种混合特征的二元小分子体系作为研究对象，结合常压、高压介电测量技术，从动力学与结构和热力学的关联入手开展液态与玻璃态中beta弛豫动力学研究。.在研究平面刚性分子的甲基吲哚实验中，首次发现一种新的二级弛豫，是由于二维运动所引起，建立了关于平面结构弛豫模型，很好的将两种运动与相对应的弛豫进行解释，进一步揭示了beta弛豫本质；探究了带有链状烷基磷酸酯结构分子的玻璃转变与弛豫行为，发现介电与焓测量得到的动力学参数m及β之间的有着巨大差异。分析表明，这几种极性集中在分子核的物质，容易形成两聚或三聚体，介电仅仅测量局部的结构弛豫，而焓弛豫的测量涉及的是整个分子，进而证实了焓弛豫是最能反应过冷液体结构弛豫本质的弛豫技术；针对具有多型性药物分子体系玻璃转变研究，明确了动力学参量熔点处粘度ηm在决定玻璃形成中占主导地位，建立了热力学参量归一化的熔化熵(DSm/beads)与ηm之间的关联，揭示了热力学可以通过作用于动力学来影响玻璃形成；简单二元体系中熵特征与非晶形成研究发现，共晶组分处负的混合热和低的熔化熵均有利于非晶形成，共晶点处的过剩熔化熵的数值均不会位于理想混合熵曲线之上，这为设计合成新型非晶态材料提供更加具有针对性的指导。