単純分子性液体における構造緩和と低エネルギー励起の精密熱測定による研究

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07236230
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 松尾 隆祐 大阪大学, 理学部, 教授 (00028185)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山室 修 大阪大学, 理学部, 助手 (20200777) ; 稲葉 章 大阪大学, 理学部, 助教授 (30135652)
• Keywords: 分子性液体 / 構造緩和 / 低エネルギー励起 / 熱測定 / 中性子散乱 / ガラス転移 / エントロピー

Research Abstract

一昨年より製作中であったトップロ-ディング式断熱型熱量計が完成した。その装置を用いて分子性結晶tri-O-menthyl-β-cyclodextrin(TMCD)の粉砕非晶化過程と構造エンタルピーの粉砕時間,温度依存性を調べた。また,1,3,5-Tri-α-naphthylbenzene(TNB)の熱容量を5-380Kの温度範囲で測定した。その結果,非晶性物質の特徴である低エネルギー励起の強度は,液体急冷試料より粉砕非晶化試料で大きいことが分かった。このことは,未解明の低エネルギー励起の起源が,非晶質固体の構造の乱れやひずみの程度の関係することを示唆している。
3-Bromopentaneのガラス,液体,結晶の熱容量を測定し,構造緩和時間と構造エントロピーの関係を調べた。また,I-Penteneガラスを蒸着法(蒸着温度40K)と液体急冷法の両方で作り,断熱法を用いてその凝集状態を熱力学的に特性化した。さらに,3-Methylpentaneガラスと1-Propanolガラスの熱容量およびエンタルピー緩和を高圧下(0-200MPa)で測定し,圧力依存性および圧力-温度平面内での熱履歴依存性について調べた。以上の3つの測定から,分子性液体,ガラスにおける構造エントロピー理論(Adam-Gibbs理論)の正当性を定量的に証明した。
1-Buteneガラスおよび3-Methylpentaneガラスの中性子非干渉性非弾性散乱スペクトルを高エネルギー物理学研究所のLAM-40分光器で測定し,これらの低分子分子性ガラスでは,これまでに測定されてきたシリカガラスなどよりはるかに大きい低エネルギー励起が存在することが分かった。
以上の結果は,昨年から本年にかけて国内の8つの討論会,研究会および9つの国際学術雑誌誌に発表している。

Research Products

• [Publications] K. Takeda: "Calorimetric Study on Structural Relaxation of 1-Pentene in Vapor-Deposited and Liquid-Quenched Glassy States" Journal of Physical Chemistry. 99. 1602-1607 (1995)
• [Publications] O. Yamamuro: "Structural Relaxation of 3-Methylpentane and 1-Propanol under High-Pressure: Temperature-and Pressure-Jump Methods" Journal of Non-Crystalline Solids. 183. 144-150 (1995)
• [Publications] I.Tsukushi: "Solid State Amorphization of Organic Molecular Crystals Using a Vibrationg MIll" Solid State Communicatios. 94. 1013-1018 (1995)
• [Publications] K. Takeda: "Themodynamic Characterization of Vapor-deposited Amorphous Solid" Thermochimica Acta. 253. 201-211 (1995)
• [Publications] S.Takahara: "Calorimetric Study of 3-Bromopentane: Correlation Between Structural Relaxation Time and Configurational Entropy" Journal of Physical Chemistry. 99. 9589-9592 (1995)
• [Publications] 山室修: "分子性液体・ガラスの部分的秩序化に関する熱的アプローチ" 物性研究. 64. 510-513 (1995)
• [Publications] I.Tsulkushi: "Characterzation of Amorphous Solid Derived from Crystal" Journal of Thermal Analysis. 45. 905-915 (1995)
• [Publications] I.Tsulkushi: "Calorimetric Study on Consigurational Enthalpy and Low-Energy Excitation of Ground Amorphous Solid and Loquid-Quenched Glass of 1,3,5-Tri-α-naphthylbenzene" Journal of Physics: Condensed Matter. 8. 245-255 (1996)
• [Publications] O.Yamamuro: "Solid State Amorphization of Organic Crystals and Thermodynamic Properties of the Amorphized Solids" Molecular Crystal and Liquid Crystal. (発表予定).
• [Publications] O.Yamamuro: "Inelastic Neutron Scattering Study of Low-Energy Exciation in Glassy 1-Butene" Jouenal of Chemical Physics. (発表予定).