Динамика неравновесных структур в интервале стеклования оксидных стекол по данным метода рассеяния света - Автореферат

Актуальность проведенных исследований закономерностей рассеяния видимого света стеклами обусловлена бурным развитием интегральной оптики, которая требует от оптических материалов новых активных функций для управления световым сигналом. Оказалось, что для температурной зависимости интенсивности рассеяния рентгеновских лучей и видимого света также характерно возникновение максимума интенсивности, расположенного в интервале стеклования. Цель работы состояла в проведении систематических исследований закономерностей изменения интенсивности РВС в температурном интервале стеклования стекол различных оксидных систем. Первая из конкретных задач диссертационной работы заключалась в разработке методики измерений интегральной интенсивности РВС стеклами в широкой области температур, включающей интервал стеклования, и создании соответствующего высокотемпературного светового дифрактометра. Вторая задача имела целью изучение общих закономерностей температурного изменения абсолютной величины интенсивности рассеяния в интервале стеклования стекол различных оксидных систем и экспериментального доказательства универсального характера ее поведения.Эксперименты, проведенные для некоторых малощелочных литиево-, натриево-и калиевоборатных стекол показали, что и для них на зависимости Vv(T), полученной в режиме нагревания, также имеет место максимум в интервале стеклования, величина которого зависит от длительности отжига образца. 3, на котором показана температурная зависимость составляющих интенсивности РВС в процессе охлаждения расплава В 2О 3 через интервал стеклования со скоростью 10С/мин. Температурная зависимость Vv составляющей в интервале стеклования фосфатного стекла при охлаждении через интервал стеклования со скоростью 1 °С/мин (кривая 1) и нагревании со скоростями: 10С/мин (кривая 2), 3 °С/мин (кривая 3) и 5 °С/мин (кривая 4) Температурная зависимость Vv составляющей для стекла СТК-3 при его охлаждении через интервал стеклования со скоростью 5 °С/мин (кривая 1) и нагревании со скоростями: 5 °С/мин (кривая 2) и 8 °С/мин (кривая 3). 8 на примере фосфатного стекла показывает изменение Vv составляющей рассеянного света от времени t при температуре Тн = 383 0С, после температурного скачка от температуры Тст = 360 0С.С помощью разработанной методики измерения интенсивности рассеянного света в широкой области температур от комнатной до 10000С на базе созданного светового дифрактометра для оксидных стекол различного химического состава установлен универсальный характер изменения интегральной интенсивности рассеянного света, связанный с наличием гистерезиса температурной зависимости интенсивности, характерной особенностью которой является образование максимума в процессе нагревания. Установлено, что изменения интенсивности светорассеяния связаны с изменением флуктуационного строения оксидных стекол и стеклообразующих расплавов. На основании анализа изменения высоты и положения максимума интенсивности светорассеяния показано, что независимо от типа оксида стеклообразователя и химического состава исследуемого стекла уровень развития флуктуаций экспоненциально возрастает с увеличением времени предварительной стабилизации, стремясь к своим предельным значениям, зависящим от температуры стабилизации. Для оксидных стекол силикатной и фосфатной систем обнаружен немонотонный характер зависимости предельной высоты максимума от температуры предварительной стабилизации стекла, которая достигает максимальных величин вблизи температуры стеклования, что свидетельствует об изменении механизма релаксационного процесса при низкотемпературной стабилизации стекла.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Проведено систематическое исследование пространственных и временных структур в оксидных силикатных, боратных, германатных и фосфатных стеклах в температурном интервале стеклования. С помощью разработанной методики измерения интенсивности рассеянного света в широкой области температур от комнатной до 10000С на базе созданного светового дифрактометра для оксидных стекол различного химического состава установлен универсальный характер изменения интегральной интенсивности рассеянного света, связанный с наличием гистерезиса температурной зависимости интенсивности, характерной особенностью которой является образование максимума в процессе нагревания.

2. Установлено, что изменения интенсивности светорассеяния связаны с изменением флуктуационного строения оксидных стекол и стеклообразующих расплавов. На основании анализа изменения высоты и положения максимума интенсивности светорассеяния показано, что независимо от типа оксида стеклообразователя и химического состава исследуемого стекла уровень развития флуктуаций экспоненциально возрастает с увеличением времени предварительной стабилизации, стремясь к своим предельным значениям, зависящим от температуры стабилизации.

3. Для оксидных стекол силикатной и фосфатной систем обнаружен немонотонный характер зависимости предельной высоты максимума от температуры предварительной стабилизации стекла, которая достигает максимальных величин вблизи температуры стеклования, что свидетельствует об изменении механизма релаксационного процесса при низкотемпературной стабилизации стекла.

4. Установлено, что фактор асимметрии, характеризующий пространственное распределение интенсивности, при прохождении максимума претерпевает излом от значений несколько больших единицы до величин меньших единицы, что указывает на развитие интерференционных эффектов в рассеянном излучении. Существование обнаруженного эффекта может быть связано с плотным расположением рассеивающих областей.

5. Для оксидных стекол силикатной и фосфатной систем обнаружен и исследован масштабный эффект процесса изменения интенсивности, связанный с зависимостью параметров максимума интенсивности от геометрических размеров образца.

6. Изучено влияние изменения направления температурного градиента на величину максимума светорассеяния и определены условия, соответствующие максимальным величинам интенсивности рассеянного излучения.

7. Обнаружен эффект дифракции первичного лазерного излучения, синхронизированный с развитием максимума светорассеяния, существование которого связано с нелинейным взаимодействием светового излучения с неравновесной структурой оксидных стекол, образующейся во время развития переходного процесса.

8. На основе анализа всей совокупности полученных результатов высказано предположение о том, что наблюдаемое после скачков температуры увеличение интенсивности светорассеяния обусловлено развитием неравновесных флуктуации в температурном интервале стеклования.

9. Уменьшение интенсивности светорассеяния, наблюдаемое при стекловании различных стеклообразующих оксидных расплавов, интерпретировано в рамках эффекта, обусловленного развитием сдвиговых упругих напряжений, которые оказывают воздействие на кинетику развития флуктуаций в вязкоупругих средах.

Цитируемая литература: 1. Кривоглаз М.А. Диффузное рассеяние рентгеновских лучей и нейтронов на флуктуационных неоднородностях в неидеальных кристаллах. Киев: Наукова думка. 1984. 287 с.

2. Фабелинский И.Л. Молекулярное рассеяние света. М.: Наука. 1976. 583 с.

3. Kirkpatrick T.R., Cohen E.G.D., Dorfman J.R. Light Scattering by a Nonequilibrium Steady State. II. Large gradients // Phys.Rev.A. 1982. V.26, N 2. P. 995-1014.

Основное содержание диссертации изложено в работах: 1. Боков Н.А., Андреев Н.С. Рассеяние света оксидом бора в интервале стеклования // Физ. и хим. стекла. 1989. Т.15. № 3. С. 424-427.

2. Боков Н.А. Температурная зависимость интенсивности рассеяния видимого света при переходе стекол в состояние метастабильной жидкости // Физ. и хим. стекла. 1991. Т. 17. № 5. С. 837-839.

3. Андреев Н.С., Боков Н.А. Поведение флуктуаций концентрации в области температур, включающей интервал стеклования // Физ. и хим. стекла. 1996. Т. 22. № 4. С. 407-416.

4. Боков Н.А., Андреев Н.С. Рассеяние света натриевогерманатным стеклом после температурных скачков в интервале стеклования // Физ. и хим. стекла. 1999. Т. 25. № 2. С. 40-46.

5. Боков Н.А., Андреев Н.С. Оптическая модуляция показателя преломления в интервале стеклования // Физ. и хим. стекла. 2001. Т. 27. № 6. С. 800-804.

6. Боков Н.А., Андреев Н.С. Исследование особенностей рассеяния света в интервале стеклования оксидных стекол // Физ. и хим. стекла. 2004. Т. 30. № 1. С. 9-19.

7. Боков Н.А. Влияние температурного градиента на изменение интенсивности светорассеяния в интервале стеклования фосфатного стекла // Физ. и хим. стекла. 2004. Т. 30. № 5. С. 531-535.

8. Боков Н.А. Влияние направления температурного градиента на величину максимума интенсивности светорассеяния в интервале стеклования оксидных стекол // Физ. и хим. стекла. 2005. Т. 31. № 6. С. 1005-1010.

9. Боков Н.А., Столярова В.Л. Особенности рассеяния света после температурных скачков в интервале стеклования оксидных стекол // ДАН 2005. Т 405. № 1. С. 70-72.

10. Боков Н.А. Влияние термической предыстории силикатного стекла на изменение интенсивности светорассеяния после температурных скачков в интервале стеклования // Физ. и хим. стекла. 2006. Т. 33. № 5. С. 655-662.

11. Bokov N.A. The Light Scattering Studies of Glasses in the Glass Transition Region // J. Non-Cryst. Solids. 1994. V. 177. № 1-2. P. 74-80.

12. Bokov N.A Memory Effect in the Glass Transition Region of Silicate Glass Based on Light Scattering Data // J. Non-Cryst. Solids. 2007. V. 353. № 24-25. P. 2392-2396.

13. Bokov N.A Nonequilibrium Fluctuations as a Plausible Reason of the Light Scattering Intensity Peak in the Glass Transition Region // J. Non-Cryst. Solids. 2008. V. 354. № 12-13. P. 1119-1122.

14. Bokov N.A., Andreev N.S. Temperature dependence of the relaxation compressibility of boron oxide based on visible light scattering data // Proc. Second Inter. Conf. on Borate Glasses, Crystals and Melts. UK. Abington. 1997. P. 107-111.

15. Bokov N.A. The Feature of the Visible Light Scattering by Oxide Glasses in the glass Transition Region // Proc. XX Inter. Congress on Glass. Kyoto. Japan. 2004. CD-ROM. O-10-044.

16. Bokov N.A. Nonequilibrium fluctuations in the Glass Transition Region of Oxide Glasses Studied by Light Scattering Method // Program & Digest ISG/ICG Inter. Symposium on Glass. 2005. Shaghai. China. P. HA1-2.

17. Боков Н.А. Особенности рассеяния света в интервале стеклования фосфатного стекла // Труды международной научно-практической конференции "Наука и технология силикатных материалов - настоящее и будущее" РХТУ им. Д.И. Менделеева. Москва. 2003. С. 102-107.

18. Боков Н.А. Рассеяние света при стекловании щелочноборатных расплавов // Тезисы докладов Второй всесоюзной конференции по физике стеклообразных твердых тел. Рига. 1991. С. 189.

19. Боков Н.А., Андреев Н.С. Температурная зависимость интенсивности рассеяния видимого света при переходе стекол в состояние метастабильной жидкости // Тезисы докладов международного семинара "Стеклообразное состояние: молекулярно-кинетический аспект". Владивосток. 1991. Часть 1. С. 9-11.

20. Боков Н.А., Паркачев А.В. Поведение релаксационной сжимаемости при затвердевании расплава В 2О 3 по данным о рассеянии видимого света // Тезисы докладов I национального II Всесоюзного семинара "Структурные превращения и релаксационные явления в некристаллических твердых телах. Тбилиси. 1991. С. 95.

21. Bokov N.A. The Feature of the Visible Light Scattering by Oxide Glasses in the glass Transition Region // Abstracts XX Inter. Congress on Glass. Kyoto. Japan. 2004. P. 198.

22. Bokov N.A. Memory effect in the glass transition region of phosphate glass based on light scattering data // Abstracts VII ESG Conf. on Glass Science and Technology. Yalos. Greek. 2004. P.104.

Размещено на .ru