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Mesures du temps de relaxation en dessus de la transition vitreuse-évidence d’un nouveau paradigme pour les liquides vitrifiants

Gregory B. McKenna Department of Chemical Engineering Texas Tech University Lubbock, USA

Depuis les années 1920 une signature de la transition vitreuse est la divergence de la viscosité ou temps de relaxation à une température au dessus du zéro absolu. Ce fait est actuellement pris comme évidence de l’existence d’une transition vitreuse dite « idéale ». En même temps des nouveaux évidences soit théoriques soit expérimentales suggèrent que ce paradigme n’est plus valable. Pouvoir différencier entre ces deux vues des liquides vitrifiants est important pour plusieurs raisons, mais la plus importante est que les théories classiques de la transition vitreuse et qui soutiennent beaucoup de modèles du comportement à long terme dans l’état vitreux y sont liés. Si la base sur laquelle ils sont fondés est fausse les modèles devront faillir prévoir le vrai comportement, par exemple du vieillissement physique de tels matériaux.
Nous avons récemment abordé des expériences de calorimétrie et de viscoélasticité dans un échantillon de l’ambre qui date de 20 millions d’années pour essayer d’éclairer les différentes aperçues sur le problème de divergence des temps de relaxation ou viscosité en dessous de la transition vitreuse. Cette vielle matière nous donne la possibilité d’établir une limite supérieure au temps de relaxation aux températures jusqu’à 42,6 K en dessous de la transition vitreuse lorsque les mesures calorimétrique nous donne une température fictive Tf d’un tel valeur. En faisant les expériences de relaxation de l’échantillon en montant la température par étapes entre 25 °C et 160 °C nous avons pu démontrer que les temps de relaxation entre la température fictive et la transition vitreuse ne suivent pas les prévisions des modèles classiques tels que cela de Vogel, Fulcher, Tammann (VFT) ou Adam-Gibbs qui donnent une divergence de ces temps à une température supérieure de zéro Kelvin. Par contre, ce non-divergence colle avec plusieurs nouveaux modèles qui prévoient un comportement Arrhénien qui donne la divergence à zéro Kelvin. En outre, ces résultats suggèrent des nouvelles avenues de recherches dans les verres qui seront discutées. Les résultats seront aussi comparés avec le modèle de Mauro et collègues et ceux de Chandler et ses collaborateurs