울트라를 사용하여 Kauzmann 역설에 도전

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 4224(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

매우 안정적인 불소중합체 유리는 재생된 재료의 유리 전이 온도 Tg에 비해 큰 가상 온도 Tf 감소를 보여주는 진공 열분해 증착을 사용하여 생성되었습니다. Tf는 또한 동적 VFT 온도 TVFT보다 11.4K 낮은 것으로 나타났습니다. 다양한 두께(200~1150nm)의 유리 필름을 다양한 온도의 기판에 증착했습니다. 유리질 필름은 급속 칩 열량계, 푸리에 변환 적외선 분광법 및 고유 점도 측정을 사용하여 특성화되었습니다. 가열 시 큰 엔탈피 오버슈트가 관찰되었으며 348K의 Tg에 비해 62.6K의 Tf 감소가 관찰되었습니다. 이러한 감소는 2천만년 된 호박과 또 다른 무정형 불소중합체에 대해 보고된 값을 초과하며 TVFT와 관련된 물질의 추정 카우즈만 온도 TK보다 낮습니다. 이러한 결과는 유리 형성에서 Kauzmann 역설의 중요성에 도전하고 유리 상태(Tf < T < Tg) 깊은 곳에서 재료 역학을 탐색하기 위한 강력한 방법을 보여줍니다.

박막은 마이크로 전자공학, 자동차, 가전제품, 식품 포장 등 일상생활에서 필수적인 구성요소가 되었습니다. 박막 특성은 벌크 재료 특성과 크게 다를 수 있으며 이로 인해 과학 및 엔지니어링 커뮤니티에서 상당한 관심을 갖게 되었습니다. 박막 적용은 필름의 특성에 따라 달라지며 이는 제조 기술에 따라 달라집니다. 이러한 필름에 대한 향상된 이동성 표면층의 효과는 필름 두께가 감소함에 따라 필름 특성에 대한 효과가 증가합니다. 이러한 효과 중 일부에는 Tg 저하 및 향상된 광학 특성이 포함됩니다. 박막을 사용하면 다양한 장치에 쉽게 통합할 수 있을 뿐만 아니라 일반적으로 100nm 미만의 크기에서 두께가 감소함에 따라 이러한 중요한 필름 특성이 변경되므로 원하는 응용 요구 사항에 맞게 제조를 조정할 수 있습니다1,2,3,4,5 ,6,7,8,9,10,11,12,13,14.

스핀 코팅은 초박형 폴리머 필름을 만드는 일반적인 방법이지만, 현재 연구에서는 폴리머의 증기 증착에 중점을 둡니다. 이 접근법은 소분자 유기물의 물리적 기상 증착과 다소 다르지만 매우 안정적인 유리 상태를 생성하는 수단으로 이러한 아이디어를 기반으로 합니다. 또한 내마모성, 열 안정성 및 조정 가능한 광학 특성을 포함한 향상된 특성으로 인해 얇은 유리 폴리머 필름에 대한 관심이 증가했습니다.

유리는 동역학적으로 갇힌 분자 구조를 갖고 있으며 결과적으로 절대 온도와 유리 형성 이력 및 사용 조건에 의해 결정되는 평형을 향한 지속적인 진화를 보여주는 비평형 재료입니다. 유리 전이 온도(Tg)는 냉각 속도에 비해 분자 이동성이 느려지고 열역학적 상태와 유사한 변수(예: 부피 및 엔탈피)가 평형 상태에서 벗어나기 시작하는 온도입니다. Tg 아래로 떨어지면 분자는 노화라고도 불리는 구조적 회복이라는 과정을 통해 평형을 향해 진화합니다. 가상 온도(Tf)는 Tg와 유사하지만 구조적 회복을 거친 재료에 두드러지며 유리의 '동결' 액체 구조를 반영하는 비평형 상태의 척도로 사용됩니다. Tf는 해당 구조에 대한 재료 Tg를 설명하는 데 사용되며, 제한 Tf(Tf')는 동일한 속도의 가열 실험에 의해 냉각된 후 측정된 재료의 Tg입니다. 냉각 속도 또는 등온 노화에 따른 Tf 변화는 평형을 향한 재료의 구조적 회복을 측정하는 것입니다. 노화 또는 서냉 처리 중에 Tf의 감소가 클수록 재료는 열적으로 더 안정적입니다.