[论文解读] The glass transition of hyperquenched glassy water

V. Velikov, S. Borick+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 13, 2001

Material Dynamics and Properties参考文献 1被引用 4

一句话总结

本文通过将超淬火玻璃态水的量热弛豫行为与体相玻璃形成体的量热弛豫行为进行比较，重新评估了超淬火玻璃态水的玻璃化转变温度。研究发现，当使用公认的136 K的Tg进行标度时，水的弛豫放热峰与其它超淬火玻璃形成体中观察到的普遍规律显著偏离；因此，作者认为，为使行为与玻璃形成体的普遍行为保持一致，水的玻璃化转变温度必须重设为165–170 K。

ABSTRACT

We review the search for the glass transition in water in its various amorphous forms, and highlight the paradoxes that the search has produced. Focussing on the glassy form of water obtained by hyperquenching, we examine its reported calorimetric properties in the light of new findings for bulk glassformers vitrified by hyperquenching. Like the hyperquenched bulk glassformers, hyperquenched water exhibits a large relaxation exotherm on reheating, as the high enthalpy quenched form relaxes to a lower enthalpy state. When the scanning temperature is scaled by the glass transition temperature, the bulk glassformers show a common pattern in this relaxation exotherm. However, when the relaxation exotherm for hyperquenched water is scaled onto the plot for the bulk glassformers using the commonly accepted glass transition temperature for water, 136K, its behavior appears completely different. If we require that the behavior of water be comparable to the other cases, except for crystallizing before the glass transition (like the majority of hyperquenched metallic glasses), then the glass transition for water must be reset to a value of 165-170K.

研究动机与目标

• 解决超淬火玻璃态水与其它体相玻璃形成体相比在玻璃化转变行为上的悖论。
• 研究为何报道的超淬火水的量热弛豫放热峰不符合其它超淬火材料中观察到的普遍标度规律。
• 确定水的公认玻璃化转变温度136 K是否与其它玻璃形成体的行为一致。
• 评估在金属玻璃中观察到的玻璃化转变前结晶是否会影响水的量热数据解释。
• 提出一个修正后的超淬火水的玻璃化转变温度，以恢复其与玻璃形成体普遍弛豫动力学的一致性。

提出的方法

• 在各自玻璃化转变温度标度后，将超淬火水的量热弛豫放热峰与体相玻璃形成体的量热弛豫放热峰进行比较。
• 以超淬火体相玻璃形成体中观察到的弛豫放热峰普遍标度行为作为参考标准。
• 分析超淬火水在热扫描过程中焓弛豫动力学，以检测其与预期行为的偏离。
• 对超淬火水应用与体相玻璃形成体相同的温度标度方法，以检验其一致性。
• 评估水的行为偏离是否源于其玻璃化转变温度的错误赋值。
• 通过要求其弛豫行为与其它玻璃形成体中观察到的普遍模式一致，重新评估水的玻璃化转变温度，尽管存在结晶风险。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何当使用公认的136 K的Tg进行标度时，超淬火水的弛豫放热峰不遵循其它超淬火玻璃形成体中观察到的普遍标度规律？
• RQ2 超淬火水的正确玻璃化转变温度是多少，才能使其弛豫行为与其它体相玻璃形成体保持一致？
• RQ3 水在玻璃化转变前出现结晶的现象如何影响其量热数据的解释？
• RQ4 与其它玻璃形成体相比，超淬火水的高焓态在多大程度上影响其弛豫动力学？
• RQ5 超淬火玻璃形成体的普遍弛豫行为能否用作基准，以重新评估水的玻璃化转变温度？

主要发现

• 当使用公认的136 K的Tg进行标度时，超淬火水的弛豫放热峰与体相玻璃形成体的普遍标度规律不一致。
• 当使用165–170 K的Tg对标度超淬火水的弛豫放热峰时，其行为与其它超淬火玻璃形成体中观察到的普遍规律一致。
• 在136 K时的行为偏离表明，该值可能未能准确反映超淬火水的玻璃化转变温度。
• 作者得出结论：为使行为与玻璃形成体的普遍弛豫动力学保持一致，超淬火水的玻璃化转变温度必须重设为165–170 K。
• 提出的165–170 K的Tg与超淬火水（如同其它玻璃形成体）在再加热时表现出共同弛豫行为的观点一致。
• 研究结果表明，标准赋值Tg = 136 K可能在普遍玻璃化转变标度的语境下不准确或不完整。