Structural relaxation mechanisms in hydrous sodium borosilicate glasses
Structural relaxation mechanisms in hydrous sodium borosilicate glasses
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水合硼硅酸钠玻璃的结构弛豫机制
DOI：
10.1016/j.jnoncrysol.2018.05.025
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发表时间：
2018
影响因子：
3.5
通讯作者：
Deubener J
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Behrens H;Bauer U;Reinsch R;Kiefer P;Müller R;Deubener J
制备了含水量为22mol%H_2O的硼硅酸盐玻璃（16Na_2O-10B_2O_3 - 74SiO_2，NBS），通过差热分析、粘度计和内耗测量研究了水对玻璃结构弛豫的影响。结果表明，DTA的玻璃化转变温度Tg与粘滞等温线T12吻合良好，证实了NBS玻璃的焓松弛与粘滞松弛的等价性。结合Tg数据和水的形态数据表明，OH基团是主要负责的Tg随水化的增加，而分子水只起次要作用。在7.125 Hz的内摩擦谱证实了水对机械松弛的决定性影响。随着水含量的增加，α-弛豫（玻璃化转变）的温度范围急剧减小，而两个β-弛豫峰（亚Tg）逐渐出现。当总水含量从0.01增加到5wt%时，归因于OH基团的存在的高温β-弛豫峰从670移动到450 K。在380 K和330 K温度下，分别在含3wt%H2O和5wt%H2O的玻璃中出现了一个低温β弛豫峰。这些结果表明，不同的含水物种在低温下的弛豫机制可能有助于应力玻璃的疲劳。
Borosilicate glasses (16Na2O–10B2O3–74SiO2, NBS) with water contents up to 22 mol% H2O were prepared to study the effect of water on structural relaxation using DTA, viscometry and internal friction measurements. The results show that the glass transition temperatureTgof DTA andtheisokom temperatureT12, of viscometry are in excellent agreement, confirming the equivalence of enthalpy and viscous relaxation for NBS glass. CombiningTgdata with water speciation data demonstrates that OH groups are mainly responsible for the decrease ofTgwith increasing hydration, while molecular water plays only a minor role. Internal friction spectra at 7.125 Hz confirm the decisive influence of water on mechanical relaxation. The temperature range of α-relaxation (glass transition) strongly decreases while two β-relaxation peaks (sub-Tg) progressively appear with increasing water content. A high temperature β-relaxation peak, attributed to the presence of OH groups, shifts from 670 to 450 K as total water content increases from 0.01 to 5 wt%. A low temperature β-relaxation peak, attributed to molecular water, appears at 380 K and 330 K in glasses containing 3 and 5 wt% H2O, respectively. These findings suggest that relaxation mechanism of different hydrous species at low temperature may contribute to fatigue of stressed glasses.
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