О теpмодинамике пеpеохлажденных жидкостей и стекол

Анотація

Термодинамика стеклообразующих жидкостей и стекол рассматривается с учетом вклада гетерофазных флуктуаций в свободную энергию. Гетерофазными флуктуациями в жидкости являются зародыши некристаллического твердого тела, а в стекле - зародыши жидкой фазы. Твердотельное кристаллическое состояние исключается из рассмотрения. Описание свободной энергии основано на использовании капельной модели и модели смешанного состояния. Показано, что на плоскости (P, T) существуют три области стабильности различных структурных состояний рассматриваемой системы. Две из них - области стабильности капельных структурных состояний, в которых гетерофазные флуктуации имеют форму изолированных капель. В третьей области стабильным является смешанное состояние, в нем сосуществуют два бесконечных взаимно протекающих кластера, жидкий и некристаллический твердотельный. Ширина температурного интервала, [T _t1, T_t2], в котором смешанное состояние стабильно, увеличивается с ростом конфигурационной энтропии (сложности) некристаллической твердотельной фракции. В использованном подходе обнаружены слабые фазовые переходы первого рода при T = T_t1 и T = T_t2. Показано, что в смешанном состоянии возможны фазовые переходы первого или второго рода. Приведены критерии наличия этих фазовых переходов. Получены уравнения состояния и выражения для термодинамических величин (энтропии, теплоемкости, сжимаемости и коэффициента теплового расширения) для капельных и смешанного состояний.