Динамическая неоднородность описывает поведение стеклообразующих материалов при фазовом переходе из жидкого состояния в стеклообразное. При динамической неоднородности динамика охлаждения до стеклообразного состояния показывает изменения внутри материала.
Полимеры
Свойства полимеров включают вязкоупругость и могут быть синтетическими или натуральными. Когда полимерная жидкость охлаждается ниже температуры замерзания без кристаллизации, она становится переохлажденной жидкостью. Когда переохлажденная жидкость охлаждается дальше, она становится стеклом.
Температура, при которой полимер при быстром охлаждении становится стеклом, называется температурой стеклования Tg. При этой температуре вязкость достигает 1013 пуаз в зависимости от скорости охлаждения.
Фазовые переходы
Возможен фазовый переход из полимерного состояния в стеклообразное. Переход полимера в стеклообразное состояние имеет множество определяющих факторов, включая время релаксации, вязкость и размер клетки. При низких температурах динамика становится очень медленной (вялой), а время релаксации увеличивается с пикосекунд до секунд, минут и более. При высоких температурах корреляционная функция имеет баллистический режим на очень коротких временах (когда частицы не взаимодействуют) и микроскопический режим. В микроскопическом режиме корреляционные функции экспоненциально затухают при высоких температурах. При низких температурах корреляционные функции имеют промежуточный режим, в котором частицы имеют как медленную, так и быструю релаксацию. Медленная релаксация является признаком наличия клеток в стеклообразной системе. В стеклообразном состоянии плотность неоднородна, т.е. частицы локализованы в различных распределениях плотности в пространстве. Это означает, что в системе присутствуют флуктуации плотности. Динамика частиц становится очень медленной, поскольку температура прямо пропорциональна кинетической энергии, в результате чего частицы захватываются в локальных областях друг другом. Частицы совершают дребезжащие движения внутри этих клеток и взаимодействуют друг с другом. Эти области в стеклообразном полимере называются клетками. В промежуточном режиме каждая частица имеет свое и разное время релаксации.
Динамика во всех этих случаях различна, поэтому в небольших масштабах в системе имеется большое количество клеток по сравнению с размером всей системы. Это известно как динамическая неоднородность в стеклообразном состоянии системы. Измерение динамической неоднородности можно выполнить путем расчета корреляционных функций, таких как негауссов параметр, четырехточечные корреляционные функции (динамическая восприимчивость) и три временные корреляционные функции.
