Dielektrische Relaxation und Retardation lokaler Prozesse in glasbildenden Materialien

Abstract

Lokale sekundäre Prozesse in glasbildenden Materialien sind wegen ihrer Wechselwirkung mit der primären Relaxation von besonderem Interesse. Für D-Sorbitol wurde die beta-Relaxation mit drei verschiedenen dielektrischen Meßtechniken untersucht und die Ergebnisse miteinander verglichen. Im Gegensatz zu konventionellen Messungen der dielektrischen Retardation, detektiert eine echte dielektrische Relaxationsmessung den Zerfall des elektrischen Feldes unter der Bedingung einer konstanten dielektrischen Verschiebung. Eine weitere dielektrische Relaxationsmethode ist die Solvatationsdynamik. Sie detektiert die dielektrische Relaxation in der direkten Umgebung eines Farbstoffmoleküls. Die Übereinstimmung der lokal ermittelten und der makroskopisch gemittelten Ergebnisse für den Glaszustand weisen darauf hin, daß die Sekundärrelaxation in D-Sorbitol eine räumlich homogene Eigenschaft ist. Im Gegensatz zu beta-Prozessen anderer Materialien, zeigt nur der abgeschreckte Glaszustand von ortho-Terphenyl einen sekundären Prozeß. Es wurde beobachtet, daß die beta-Amplitude beim Ausheilen langsam abnimmt und im Gleichgewichtszustand der Flüssigkeit oberhalb der Glasübergangstemperatur völlig verschwindet. Viele glasbildende Materialien, wie z. B. Salol zeigen keinen dielektrischen beta-Prozeß. Im Gegensatz zu Messungen mit Standardkühlraten, zeigt eine stark abgeschreckte Salol-Probe eine symmetrische dielektrische Sekundärrelaxation. Diese neuartige Eigenschaft von Salol verschwindet irreversibel, wenn sich die Temperatur der Glasübergangstemperatur nähert.

Local secondary processes in glass-forming liquids are of considerable interest, because it is often observed, that they interact with the primary relaxation. For D-sorbitol the signatures of the beta-relaxation are compared as observed by three different dielectric techniques. Opposed to the conventional measurement of the dielectric retardation, a real dielectric relaxation technique studies the decay of the electric field under the condition of a constant dielectric displacement. Another dielectric relaxation technique is the solvation dynamics. It senses the local dielectric relaxation in the immediate vicinity of a chromophore. The conformity of locally sensitized and macroscopically averaged results for the glassy state indicates that the secondary relaxation of D-sorbitol is a spatially uniform feature. Unlike the beta-processes of other materials, only the quenched glassy state of o-terphenyl displays a secondary relaxation feature. The beta-intensity is observed to decay gradually upon annealing and disappears altogether in the equilibrium liquid state above the glass transition temperature. Many glass-forming materials, e.g. salol, do not show a dielectric beta-process. Opposed to the case of standard cooling rates, a highly quenched salol sample displays a symmetric dielectric secondary relaxation peak. This novel feature of salol disappears irreversibly after a temperature excursion towards the glass transition.