Shear-stress relaxation in free-standing polymer films

Autor: G. George, Hendrik Meyer, Ivan Kriuchevskyi, J. Baschnagel, J. P. Wittmer
Přispěvatelé: Institut Charles Sadron (ICS), Université de Strasbourg (UNISTRA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Réseau nanophotonique et optique, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Matériaux et nanosciences d'Alsace (FMNGE), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Strasbourg (UNISTRA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Matériaux et Nanosciences Grand-Est (MNGE), Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Réseau nanophotonique et optique, Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures [Villeurbanne] (LaMCoS), Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Wittmer, Joachim
Rok vydání: 2018
Předmět:
Zdroj: Physical Review E : Statistical, Nonlinear, and Soft Matter Physics
Physical Review E : Statistical, Nonlinear, and Soft Matter Physics, American Physical Society, 2018, ⟨10.1103/PhysRevE.98.062502⟩
Physical Review E
Physical Review E, 2018, 98 (6), pp.062502. ⟨10.1103/PhysRevE.98.062502⟩
ISSN: 2470-0053
2470-0045
1539-3755
1550-2376
DOI: 10.1103/physreve.98.062502
Popis: Using molecular dynamics simulation of a polymer glass model we investigate free-standing polymer films focusing on the in-plane shear modulus $\ensuremath{\mu}$, defined by means of the stress-fluctuation formula, as a function of temperature $T$, film thickness $H$ (tuned by means of the lateral box size $L$), and sampling time $\mathrm{\ensuremath{\Delta}}t$. Various observables are seen to vary linearly with $1/H$, demonstrating thus the (to leading order) linear superposition of bulk and surface properties. Confirming the time-translational invariance of our systems, $\ensuremath{\mu}(\mathrm{\ensuremath{\Delta}}t)$ is shown to be numerically equivalent to a second integral over the shear-stress relaxation modulus $G(t)$. It is thus a natural smoothing function statistically better behaved as $G(t)$. As shown from the standard deviations $\ensuremath{\delta}\ensuremath{\mu}$ and $\ensuremath{\delta}G$, this is especially important for large times and for temperatures around the glass transition. $\ensuremath{\mu}$ and $G$ are found to decrease continuously with $T$ and a jump-singularity is not observed. Using the Einstein-Helfand relation for $\ensuremath{\mu}(\mathrm{\ensuremath{\Delta}}t)$ and the successful time-temperature superposition scaling of $\ensuremath{\mu}(\mathrm{\ensuremath{\Delta}}t)$ and $G(t)$, the shear viscosity $\ensuremath{\eta}(T)$ can be estimated for a broad range of temperatures.
Databáze: OpenAIRE
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