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神奇的玻璃轉變：你知道什麼是玻璃轉移溫度嗎？
在日常生活中，我們接觸到各式各樣的玻璃材料，但是很少有人會去思考這些材料的科學背後。玻璃是一種與眾不同的物質，具有獨特的轉變特性，尤其是當它從一種狀態轉變為另一種狀態時。這種現象被稱為玻璃轉移，或玻璃轉變，這是一個逐漸而可逆的過程，發生在無定形材料中，當溫度升高時，材料會從硬而脆的「玻璃狀」狀態過渡到粘稠或橡膠狀的狀態。
玻璃的轉變過程是一個充滿神秘的現象，因為即使是在高達500 K的溫度範圍內，這種轉變卻不會引起材料結構的顯著變化。
玻璃轉移溫度Tg是一種重要的參數，它用來描述這一轉變的溫度範圍。這一溫度始終低於結晶狀態的熔點Tm，因為玻璃本質上是一種能量較高的狀態。許多硬質塑料例如聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯，其Tg值通常約為100 °C。這意味著，它們在這一溫度以下會保持固體形狀，而超過此溫度就會變得較為柔軟、靈活。
橡膠彈性體如聚異戊二烯和聚異丁烯的應用恰恰相反，這些材料在其Tg以上的狀態下使用，在這種狀態下，它們會顯得柔軟和靈活。這樣的交聯結構可以防止分子的自由流動，因此橡膠可以在室溫下維持固定形狀。
儘管玻璃在物理特性上發生了變化，但玻璃轉變並不被認為是一種相變化，而是依賴於熱歷史的動態現象。
在許多材質中，當常規的冷凍過程被迅速冷卻取代時，會避免結晶相變而直接形成玻璃狀態。這樣的材料具有形成玻璃的能力，即在迅速冷卻下仍然能夠保持無定形狀態的能力。這一特性與材料的組成有關，並可透過剛性理論來預測。接下來的問題是，待在玻璃狀態下的材料，其結構能否隨著時間進一步放鬆？
玻璃在其轉變範圍內，結構的變化是緩慢的。即使在較低的溫度下，玻璃的配置也會相對穩定，而許多材料在經過一定的加熱或冷卻的過程中，其結構會趨於熱平衡的狀態。這一過程展現出Gibbs自由能最小化的基本原則，提供了動力學的驅動力，讓玻璃的結構在時間上變化。
許多研究者認為，玻璃存在著一種動力學鎖定的狀態，其熵和密度依賴於熱歷史，而這一狀態不會達到熱平衡。
提到玻璃轉變，還有一個薛定諤悖論，即隨著液體被超冷，液相與固相之間的熵差下降，並且可以推算出當熵差為零時的溫度，這個溫度被命名為Kauzmann溫度。這引發了對於液體可能在達到該溫度之前自我結晶的著想。尋求解釋Kauzmann悖論的眾多假說，為玻璃轉變的本質提供了不同的視角。
從更近的研究中，玻璃轉變溫度的定義並不統一，受到不同標準的影響，結果在不同情況下可能會產生不同的數值。然而，在進行這些測量時，冷卻或加熱的速度會顯著影響測得的Tg值。探討室內的玻璃轉變現象，讓我們不禁思考，是否有更巧妙的方式能夠理解這一現象的深層次原因呢？
