Cristallization and relaxation in oxide glasses an attempt to solve the Kauzmann Paradox
| Autor: | Passos, Rodrigo Cardoso dos |
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| Přispěvatelé: | Zanotto, Edgar Dutra, Cassar, Daniel Roberto |
| Jazyk: | portugalština |
| Rok vydání: | 2021 |
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| Zdroj: | Repositório Institucional da UFSCAR Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR) instacron:UFSCAR |
| Popis: | Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) The quest for a solution to Kauzmann’s Paradox has been a lifelong journey for many glass scientists over the last seventy years. The idea that this paradox may violate the Third Law of Thermodynamics is what makes it such an exciting topic for study, even more so, with some possible solutions proposed on the literature. The aim of this work is to find a possible solution to the paradox formulated by Kauzmann in his 1948 paper by using his very same hypothesis. If Kauzmann’s extrapolations of entropy were correct, then a supercooled liquid would have the same entropy as the stable isochemical crystalline phase at some temperature below the laboratory glass transition temperature, Tg, known as Kauzmann’s temperature, TK. If we extrapolate the liquid’s entropy even further, it becomes zero at a temperature above zero Kelvin, which violates the Third Law constituting a paradox. By comparing the relaxation kinetics with crystallization rates, both extrapolated down to TK, if the crystallization kinetics are faster than the relaxation kinetics there is no liquid at Kauzmann’s temperature, which would deny the paradox. In this case, the liquid stability limit or kinetic spinodal temperature should be higher than TK. We tested two fragile glass-forming liquids (diopside and wollastonite) and two strong liquids (silica and germania). For the fragile substances, Tks >> TK, so a supercooled liquid cannot exist at TK, and the entropy crisis is averted. On the other hand, the results for the strong liquids were inconclusive. We hope these findings entice glass researchers to further investigate the crystallization and relaxation dynamics of different strong glassforming systems at deep supercoolings. A procura da solução do Paradoxo de Kauzmann tem sido um projeto de carreira para muitos cientistas de vidros e líquidos super-resfriados nos últimos setenta anos. A possibilidade de violar a Terceira Lei da Termodinâmica é o que o torna este um assunto tão interessante, tema de centenas de estudos. O objetivo deste projeto de pesquisa foi testar uma possível solução ao paradoxo; solução previamente proposta pelo próprio Walter Kauzmann em seu famoso estudo de 1948. Se a extrapolação de entropia realizada por ele estiver correta, então um líquido super-resfriado teria a mesma entropia que sua fase cristalina estável em uma temperatura abaixo da temperatura de transição vítrea laboratorial, conhecida como Temperatura de Kauzmann (T K). Extrapolando ainda mais a entropia do líquido super-resfriado, ela se anularia em uma temperatura acima do zero absoluto, o que violaria a Terceira Lei da Termodinâmica, constituindo o verdadeiro paradoxo. Ao comparar a cinética de relaxação do líquido (via viscosidade) com a cinética de cristalização, ambas extrapoladas até TK, se a cristalização for mais rápida que a primeira não existirá um líquido na temperatura de Kauzmann e o paradoxo será negado. Neste caso, o limite de estabilidade do líquido (conhecido como temperatura “espinoidal cinética”, Tks) deve ser maior do que TK. Testamos dois líquidos formadores de vidro frágeis (diopsídio e wollastonita) e dois líquidos fortes (sílica e germânia). Para as substâncias frágeis, descobrimos que Tks >> TK, tal que o líquido superresfriado não pode existir em TK, e a crise de entropia é evitada. Por outro lado, os resultados para os líquidos fortes foram inconclusivos. Esses resultados avançam o conhecimento existente sobre a dinâmica de líquidos formadores de vidro super-resfriados. Esperamos que instiguem outros pesquisadores a investigar a dinâmica de cristalização e relaxação de diferentes sistemas formadores de vidro fortes em super-resfriamento profundo. CNPq: 134276/2019-1 FAPESP: 2019/20978-1 |
| Databáze: | OpenAIRE |
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