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마법의 유리 전이: 유리 전이 온도가 무엇인지 아십니까?
우리는 일상생활 속에서 다양한 유리 소재를 접하지만, 이 소재의 과학적 원리에 대해 생각하는 사람은 거의 없습니다. 유리는 독특한 변형 특성을 지닌 독특한 물질이며, 특히 한 상태에서 다른 상태로 변할 때 그 특성이 두드러진다. 이 현상을 유리 전이 또는 유리 전이라고 하며, 이는 비정질 재료에서 온도가 증가하면 단단하고 취성 있는 "유리" 상태에서 점성이 있고 취성 있는 "유리" 상태로 전이하는 점진적이고 가역적인 과정입니다. . 두껍거나 고무 같은 상태.
유리 전이는 500K와 같이 높은 온도에서도 재료의 구조에 큰 변화 없이 발생하기 때문에 신비한 현상입니다.
유리 전이 온도 Tg는 이 전이의 온도 범위를 설명하는 데 사용되는 중요한 매개변수입니다. 이 온도는 항상 결정 상태의 녹는점 Tm보다 낮은데, 그 이유는 유리가 본질적으로 더 높은 에너지 상태이기 때문입니다. 폴리스티렌이나 폴리메틸 메타크릴레이트와 같은 많은 단단한 플라스틱의 Tg는 일반적으로 약 100 °C입니다. 즉, 이 온도 이하에서는 고체 상태를 유지하지만, 이 온도 이상에서는 더 부드럽고 유연해집니다.
폴리이소프렌이나 폴리이소부틸렌과 같은 고무 엘라스토머는 반대 방향으로 응용됩니다. 이러한 재료는 Tg 이상에서 사용되며, 이 상태에서는 부드럽고 유연합니다. 이러한 가교 구조는 분자의 자유로운 흐름을 막아, 고무는 실온에서 고정된 모양을 유지할 수 있습니다.
유리는 물리적 성질이 변화하지만, 유리 전이는 상변화로 간주되지 않고, 오히려 열 이력에 따라 달라지는 동적 현상으로 간주됩니다.
많은 재료에서 일반적인 동결 과정이 급속 냉각으로 대체되면 결정화상 전이가 방지되고 유리 상태가 바로 형성됩니다. 이러한 재료는 유리를 형성하는 능력이 있습니다. 즉, 급속한 냉각에도 비정질 상태를 유지할 수 있는 능력이 있습니다. 이러한 속성은 재료의 구성과 관련이 있으며 강성 이론을 통해 예측할 수 있습니다. 다음 질문은 유리 상태를 유지하는 재료의 구조가 시간이 지남에 따라 더욱 완화될 수 있는가입니다.
유리의 전이 범위 내에서는 구조적 변화가 느립니다. 비교적 낮은 온도에서도 유리의 구성은 비교적 안정적이며, 많은 재료는 일정 시간 동안 가열하거나 냉각한 후 열 평형 상태에 도달하는 경향이 있습니다. 이 과정은 깁스 자유 에너지 최소화의 기본 원리를 보여주며, 시간이 지남에 따라 유리 구조를 변화시킬 수 있는 운동 구동력을 제공합니다.
많은 연구자들은 유리가 운동역학적으로 고정된 상태로 존재하며, 그 엔트로피와 밀도는 열 이력에 따라 달라지며 결코 열 평형에 도달하지 않는다고 믿습니다.
유리전이에 대해 말하자면 슈뢰딩거 역설도 있습니다. 즉, 액체가 과냉각되면 액상과 고체상의 엔트로피 차이가 감소하고, 엔트로피 차이가 0이 되는 온도를 계산할 수 있다는 것입니다. 이 온도를 카우츠만 온도라고 명명했습니다. 이로 인해 해당 온도에 도달하기 전에 액체가 스스로 결정화될 수 있다는 생각이 제기되었습니다. 카우츠만의 역설을 설명하려는 수많은 가설은 유리 전이의 본질에 대한 다양한 관점을 제공합니다.
최근 연구에 따르면 유리 전이 온도의 정의는 균일하지 않고 다양한 기준에 영향을 받아 상황에 따라 값이 다르게 나타나는 것으로 나타났습니다. 그러나 이러한 측정을 할 때 냉각이나 가열 속도가 측정된 Tg 값에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다. 실내에서 유리 전이 현상을 탐구하다 보면 이 현상의 근본 원인을 이해할 수 있는 더 똑똑한 방법이 있을지 궁금해집니다.
