玻璃化转变的理论有哪些

玻璃化转变现象是非常复杂的，至今还没有比较完善的理论可以解释实验事实。现有的玻璃化转变理论包括：自由体积理论、热力学理论、动力学理论、模态耦合理论、固体模型理论等。每一种理论只能解决玻璃化转变中部分实验现象。

自由体积理论

自由体积理论最初由Fox和Flory提出来的，主要工作是由Turnbull和Cohen完成。自由体积理论认为：液体或固体的体积由两部分组成，一部分是被分子占据的体积，称为已占体积；另一部分是未被占据的体积，称为自由体积。后者以“空穴”的形式分散于整个物质之中，自由体积的存在为分子链通过转动和位移调整构象提供可能性。当高聚物冷却时，自由体积先逐渐减小，到达某一温度时，自由体积达到最低值，维持不变。此时，高聚物进入玻璃态。因而高聚物的玻璃态可视为等自由状态。

自由体积理论采用一个参量——自由体积描述玻璃化转变过程中物性的变化，能够很好地解释玻璃化转变附近的粘度和热容随温度的变化关系。但是研究发现：淬火后高聚物，在Tg以下，自由体积随着放置时间延长而不断减小。这是自由体积理论的不足之处。

热力学理论

玻璃化转变的热力学理论是Gibbs和DiMarzio在20世纪60年代末为解释聚合物玻璃化转变而提出的，简称为G-D理论。G-D理论认为：温度降低时，构象熵随着温度降低而减少，当构象熵降低至零时，物质发生玻璃化转变(构象熵随温度变化)。构象熵包括所有聚合物的构型、位置及取向。

聚集态下高聚物的构象熵是很难计算的，想计算出高聚物的二级相变温度T2和玻璃化转变温度Tg是非常困难的。但是G-D理论成功地解释了高聚物玻璃化转变过程中的增塑剂效应、交联度等问题。

动力学理论

动力学理论一种类型是位垒理论。该理论认为：高分子链段构象重排时，涉及到主链上的单键的旋转，键的旋转存在着位垒。当温度在Tg以上时，分子运动有足够的能量去克服位垒，达到平衡。当温度降低时，分子热运动的能量不足以克服位垒，于是发生分子运动的冻结。

玻璃化转变现象具有明显的动力学性质，位垒理论从理论验证了这一点，而且很好地解释玻璃化转变中的弛豫现象。但是，位垒理论无法从分子结构的角度预算玻璃化转变温度。

热力学理论很难说明玻璃化转变时复杂的时间依赖性，而动力学理论难以从分子结构角度预算Tg。比较完善的玻璃化转变理论应该同时考虑这两方面。

橡胶玻璃化是指将橡胶变成类似玻璃的材料，以实现软硬性之间的平衡。橡胶玻璃化过程是在大量颗粒状橡胶和有机化合物的作用下，将原始橡胶高度熔融而形成流体。也就是说，橡胶原有的常温性质得以保留，但其硬度、弹性、韧性、拉伸性都有很大改变。

所谓玻璃化是指试管苗呈半透明水渍状,叶片脆弱易破碎,发生玻璃化的试管苗,难以移栽成活,所以玻璃化现象已成为组培快繁中提高繁殖率和增加培养过程稳定性的主要障碍,严重影响组培在生产上的应用

玻璃化温度是指高聚物由高弹态转变为玻璃态的温度。

玻璃态，高弹态，粘流态，由玻璃态转变到高弹态的温度称为玻璃化温度。Tg，由高弹态转变到粘流态的温度称为粘流化温度，Tf。玻璃化温度Tg是高聚物的链节开始旋转的最低温度，它的高低与分子链的柔顺性和分子链间的相互作用力大小有所关联。分子链的柔顺性越大，分子链间的作用力也就越小，Tg越低。弹性也就越好，所以温度能影响高聚物的弹性、缩性。

玻璃化转变温度

玻璃化转变温度常简称玻璃化温度，指无定形聚合物（包括结晶型聚合物中的非结晶部分）由高弹态转变为玻璃态或者玻璃态转变为高弹态的温度，是无定形聚合物大分子链段自由运动的最低温度，通常用Tg表示。通常可以用DSC差示扫描量热仪来测试。

在此温度以上，高聚物表现出弹性，在此温度以下，高聚物表现出脆性，在用作塑料、橡胶、合成纤维等时必须加以考虑。比如，橡胶的工作温度必须在玻璃化温度以上，否则就失去高弹性。

Tg是玻璃转化温度，玻璃态物质在玻璃态和高弹态之间相互转化的温度。

Tc可以表示：

critical

temperature临界温度（物态转变温度，或保持某态时的最高温度）；

convective

temperature对流温度（气象学概念，指地面附近的空气在没有机械作用下转化成云所需要的温度。这个温度对预测雷暴天气十分重要）；

curie

temperature居里温度（磁性转变点，磁性材料从铁磁性转化到顺磁性的临界温度）

Tm是melting

temperature，熔点，指物质从固体到液体的临界温度。

Td是dew

point

(temperature)，露点（温度），是指在固定气压下，空气中所含的气态水达到饱和而凝结成液态水所需要降至的温度。

玻璃化温度的意思是高聚物由高弹态转变为玻璃态的温度，指无定形聚合物（包括结晶型聚合物中的非结晶部分）由玻璃态向高弹态或者由后者向前者的转变温度，是无定形聚合物大分子链段自由运动的最低温度，通常用Tg表示，随测定的方法和条件有一定的不同。

玻璃化转变温度是指物质在降温时从液态变为非晶固态的过程中温度的临界值。通常来说，一个物质只有一个玻璃化转变温度。但是，在某些情况下，可能会出现存在两个玻璃化转变温度的现象。

其中一种情况是化合物中含有两种不同的分子结构。例如，某些聚合物具有两种不同的分子排列方式，这些排列方式的稳定性随着温度的升高而逐渐减弱。当温度足够低时，这些聚合物会先发生第一次玻璃化转变，其中一种分子结构会变为非晶态，而另一种则仍然保持其有序排列结构。当温度进一步降低时，这些有序排列结构也会发生玻璃化转变，从而形成第二个玻璃化转变温度。

另一种情况是物质中存在多种不同的物理状态，例如某些纳米材料中的液态和非晶态。这些物质在降温过程中会经历多个相变过程，每个相变过程都会伴随着玻璃化转变现象的发生，从而形成多个玻璃化转变温度。

总之，存在两个玻璃化转变温度的现象是由于物质中存在多种不同的分子结构或物理状态的缘故，在科学研究和工程应用中具有一定的意义。

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