正丙醇、正丁醇和正辛醇中Debye弛豫动力学的测量与分析

单羟基醇具有其他液体通常所不具备的Debye弛豫过程,随着研究工作的开展,一些与之相关的新现象和新问题也逐渐被发现,深化了对物质结构和动力学的认知.为了进一步研究Debye弛豫过程的动力学及其受分子构成影响的情况,本文通过介电谱方法对3种无支链无侧基伯醇中的Debye弛豫进行测量与分析,揭示了该过程的一些变化规律.在正丙醇、正丁醇和正辛醇这3种伯醇中Debye过程的特征温度、VogelFulcher-Tammann (VFT)温度的倒数和强度参量以及弛豫单元在高温极限下的激活能和固有振动频率的对数几乎都随分子内碳原子数的增加而线性增加.但是VFT温度变化不大,具有一致性,表明这3种单羟基醇中Debye过程的弛豫单元应该相同,进一步验证了Debye弛豫来源于氢键分子链中羟基的观点.将样品的沸点和熔点等信息与上述激活能的变化进行对比,表明氢键作用与分子之间的整体相互作用具有正相关性.另外,将强度参量的变化情况与相关理论进行结合,给出了研究液体脆性的一个可能视角;三者弛豫过程与乙醇结果的对比,显示出Debye弛豫与α弛豫的分离程度会受到分子链长的影响,也为Debye弛豫的研究提供了切入点.这...     

差示扫描量热法研究系列浓度氯化钠水溶液的固液相变

在-50~50℃范围内,利用差示扫描量热法测量了21个摩尔比b的系列氯化钠水溶液,除纯水外,所有浓度的溶液均出现了双峰,随b的增加,高温峰强度减小、峰位向低温移动,低温峰则相反,最后逐渐重合.提出了重叠双峰的分峰方案,并得到了各熔化峰的特征量随b的变化结果,该结果与微观相分离模型一致,并据此给出了溶液中氯化钠浓度空间分布情况.该研究对深入认知生物体中电解质的微观结构和固液相变等有一定的参考价值.     

分子串模型中空间弛豫模式的弛豫动力学的蒙特卡罗模拟

基于玻璃化转变的分子串模型的分子串弛豫方程,提出了更为精确的模拟分子串中所有空间弛豫模式(SRM)的蒙特卡罗模拟方案. 模拟得出各个SRM的弛豫时间随温度和分子串长度的变化结果与分子串模型中分子串弛豫方程的预言完全一致,即理论预期和模拟结果相互印证. 应当指出,分子串能否作为液态中集体单元的必要条件是在考虑到分子串之间的不均匀随机相互作用后,分子串的所有SRM的定性特征是不能改变的,这就需要对不同分子串的SRM之间的耦合进行研究. 但是迄今为止,仍未发现相关的严格解,仅有近似的自洽弛豫平均场方法. 由此可知,所提出的模拟方案为研究不同分子串的SRM之间的耦合(包括上述自洽场的可行性)提供了必要的基础. 关键词： 玻璃化转变 弛豫动力学 蒙特卡罗模拟 分子串     

An extended chain Ising model and its Glauber dynamics

It was first proposed that an extended chain Ising (ECI) model contains the Ising chain model, single spin double-well potentials and a pure phonon heat bath of a specific energy exchange with the spins. The extension method is easy to apply to high dimensional cases. Then the single spin-flip probability (rate) of the ECI model is deduced based on the Boltzmann principle and general statistical principles of independent events and the model is simplified to an extended chain Glauber-Ising (ECGI) model. Moreover, the relaxation dynamics of the ECGI model were simulated by the Monte Carlo method and a comparison with the predictions of the special chain Glauber-Ising (SCGI) model was presented. It was found that the results of the two models are consistent with each other when the Ising chain length is large enough and temperature is relative low, which is the most valuable case of the model applications. These show that the ECI model will provide a firm physical base for the widely used single spin-flip rate proposed by Glauber and a possible route to obtain the single spin-flip rate of other form and even the multi-spin-flip rate.     

用Weiss分子场理论对有外电场时铁电体系相变特征的研究

Weiss分子场理论(WMFT)对晶体中顺磁-铁磁和顺电-铁电相变特征的定量描述是相当成功的. 由于是平均场理论,又可作为初步分析结构无序体系和复杂组分体系相变行为的理论依据. 但是迄今为止,并没有对有外场时WMFT的相变特征进行详细研究. 而对铁电体系,仅仅对分子取向为两个状态时WMFT的相变特征进行了研究. 另外,虽然铁磁与铁电体系的WMFT描述极为相似,但是由于两种体系中微观磁化和极化的单元不同,导致相应的数学描述与结果也有所不同. 本文首先对外电场中分子取向包含任意状态的铁电体系的WMFT相变特征, 包括自发极化、内能和比热以及静态极化率随温度变化进行严格推导, 然后对相变特征随外电场的演变进行了研究.结果表明: 1)无外场时,体系发生二级顺电-铁电相变,且随状态数的增加,相变温度减小, 这是与铁磁体系不同的地方,同时单分子的平均极化强度减小,而内能、比热和极化率增大; 2)外场的存在,使得体系原有的二级相变转化为弥散相变,且外场越强,弥散温区越大. 上述结果对深入研究铁电体系的相变,特别是弥散相变无疑是有益的.     

玻璃化转变的分子串模型中分子串弛豫模式的计算机模拟

基于玻璃化转变的分子串模型的哈密顿量(Hamiltonian),提出了模拟分子串第一和第二弛豫模式的蒙特卡罗(Monte Carlo)模拟方案.模拟得出的第一和第二弛豫模式的弛豫时间,与分子串模型中分子串弛豫方程所预言的结果完全一致,即理论预期和模拟结果相互印证.这不仅说明了分子串模型的分子串弛豫方程、至少是第一和第二弛豫模式的理论预言的正确性,同时也表明了本文所提出的模拟方法的有效性,并进一步明晰了分子串中分子的随机涨落和跃迁运动的图像,也为三态甚至是多态的分子串弛豫动力学研究,以及对进一步模拟分子串之 关键词： 弛豫动力学 蒙特卡罗模拟 分子串     

采用分子动力学方法研究氯化钠水溶液的微观结构

溶液的微观结构对溶液的宏观性质具有决定性影响,团簇的存在和溶液不均性的认知是该领域研究的重要进展之一,也是关注的热点.为了考察溶液的微观结构,本文采用分子动力学方法对浓度适中的氯化钠水溶液进行了模拟,获得了各原子(离子)间的径向分布函数和溶液的瞬态图像.通过对比分析Na~+-Cl~-和Cl~--Na~+的径向分布函数,并结合已有研究结果,表明该径向分布函数上第三峰也来源于离子对,发现氯化钠水溶液存在着第三种离子对;上述径向分布函数上的三个峰分别与直接接触离子对、部分间隔离子对和完全间隔离子对相对应,并给出了这三种离子对的瞬态图像.三个时刻下系统瞬态图像的分析结果表明,溶液中存在水分子连续分布的区域和由离子与水分子共同构成的离子团簇.各瞬态图像中水分子连续分布的最大区域的平均尺寸至少为1.43 nm,溶液中部分间隔离子对的比例最大,约为0.68.在同时考虑直接接触离子对和部分间隔离子对时,三个时刻中最大团簇尺度的平均值为1.44 nm,该值约为部分间隔离子对最概然尺寸的3倍;团簇尺寸随团簇中离子数的增加而增大,在团簇中离子数较大时,满足无规行走(自由连接链)模型的结果.这些说明氯化钠水溶...     

Solving the initial condition of the string relaxation equation of the string model for glass transition: part-I

The string model for the glass transition can quantitatively describe the universal α-relaxation in glassformers,including the average relaxation time,the distribution function of the relaxation time,and the relaxation strength as functions of temperature.The string relaxation equation(SRE) of the model,at high enough temperatures,simplifies to the well-known single particle mean-field Debye relaxation equation,and at low enough temperatures to the well-known Rouse-Zimm relaxation equation that describes the relaxation dynamics of linear macromolecules.However,its initial condition,necessary to the further model predictions of glassy dynamics,has not been solved.In this paper,the special initial condition(SIC) of the SRE,i.e.for straight strings and the dielectric spectrum technique that is one of the most common methods to measure the glassy dynamics,was solved exactly.It should be expected that the obtained SIC would benefit the solution of the general initial condition of the SRE of the string model,i.e.for stochastically spatially configurating strings,as will be described in separate publications.     

Solving the initial condition of the string relaxation equation of the string model for glass transition:part-Ⅱ

The string model for the glass transition can quantitatively describe the universal α-relaxation in glassformers. The string relaxation equation (SRE) of the model simplifies the well-known Debye and Rouse--Zimm relaxation equations at high and low enough temperatures, respectively. However, its initial condition, necessary to the further model predictions of glassy dynamics, has not been solved. In this paper, the general initial condition of the SRE for stochastically spatially configurative strings is solved exactly based on the obtained special initial condition of the SRE for straight strings in a previous paper (J. L. Zhang et al. 2010 Chin. Phys. B 19, 056403).