Dlubek G, Shaikh M Q, Krause-Rehberg R, Paluch M
ITA Institut für Innovative Technologien, Köthen/Halle, Wiesenring 4, D-06120 Lieskau (bei Halle/S), Germany.
J Chem Phys. 2007 Jan 14;126(2):024906. doi: 10.1063/1.2406077.
The microstructure of the free volume and its temperature dependence in polymethylphenylsiloxane (PMPS) have been examined using positron annihilation lifetime spectroscopy (PALS) and pressure-volume-temperature experiments. The hole-free volume fraction h and the specific hole-free and occupied volumes, Vf=hV and Vocc=(1-h)V, were estimated employing the Simha-Somcynsky (SS) lattice-hole theory. From the PALS spectra analyzed with the new routine LT9.0 the hole size distribution, its mean,
采用正电子湮没寿命谱(PALS)和压力-体积-温度实验研究了聚甲基苯基硅氧烷(PMPS)中自由体积的微观结构及其温度依赖性。利用Simha-Somcynsky(SS)晶格孔理论估算了无孔体积分数h以及特定的无孔和占据体积,Vf = hV和Vocc = (1 - h)V。通过用新程序LT9.0分析PALS谱,计算了孔尺寸分布、其平均值〈nuh〉和平均色散sigmah。〈nuh〉与V和Vf的比较给出了恒定的特定孔数Nh'。使用涨落方法估计,最小代表性自由涨落子系统的体积〈VSV〉的温度依赖性在玻璃化转变温度Tg时约为8.5 nm³,在T/Tg≥1.15时约为3 nm³。与其他聚合物不同,在243至279 K以及0至约100 MPa的温度和压力范围内,PMPS介电谱的链段弛豫几乎完美地遵循Cohen-Turnbull自由体积理论。这种行为与SS晶格链节的小质量相关,这表明PMPS链具有高柔韧性。在293 K以上和约150 MPa时,自由体积预测给出的弛豫时间过小,这表明在分析中必须考虑热能的影响。为了量化体积和热能对结构动力学的控制程度,经常确定在恒定体积V和恒定压力P下活化焓的比值Ei = R[(d ln τ/dT⁻¹)]i(τ为α弛豫的弛豫时间),即EV/EP。作者提出了用恒定(孔)自由体积下的活化焓EVf替代EV的必要性的论据,并表明EVf/EP如预期那样变化:随着自由体积增加而增加,即随着温度升高和压力降低而增加。EVf/EP(= 0.04 - 0.1)的值明显小于EV/EP(= 0.44 - 0.53),这导致推断自由体积在动力学中所起的作用比传统上从EV/EP得出的结论要大得多。这一结论与我们更直接的Cohen-Turnbull自由体积分析结果一致。