侧链弛豫

侧链弛豫（side chain relaxation）又称β-弛豫。高分子长链上带有的较大的侧链或侧基，在玻璃态时均能由于自身内旋转的原因，发生从一种平衡状态向另一种平衡状态迁移的弛豫运动，而在动态力学谱，介电性质谱或核磁共振谱上产生内耗峰，这种现象称侧链弛豫。

简介处于能量亚稳态的复杂非晶态固体物质中存在各种弛豫行为。弛豫现象起源于多体系统的不可逆过程，取决于一些基本物理定律。这种不可逆的物理及化学过程是使系统微扰和耗散得以进行的必要条件，是维持平衡和进一步演化的前提。但是，非晶多体系统中的弛豫与扩散问题的物理机制仍然不清楚，是一个重要而又未解决的物理问题。

研究认识非晶的弛豫行为非常重要，因为它决定了非晶凝聚态物质的基本特征和应用，因而，弛豫研究一直是材料科学和凝聚态物理领域的热点。在各种非晶玻璃态包括有机高分子/小分子玻璃、氧化物玻璃、以及非晶态药物甚至某些蛋白质中存在两种本征的基本弛豫模式， 即α弛豫和β弛豫。α弛豫涉及非晶中大范围的粒子扩散运动，而β弛豫与非晶体系中局域的区域的粒子运动行为有关，并与玻璃转变、塑性形变等物理性质有密切联系。

研究进展白海洋研究员等和于海滨博士与德国哥廷根大学Konrad Samwer教授合作，从非晶原子组元之间混合焓的角度来研究化学因素对非晶态合金β弛豫的影响。结合大量非晶合金β弛豫的测量结果，他们发现，正混合焓或组元间较大的混合焓涨落都会抑制非晶合金中的β弛豫峰;而较强的混合焓(较强的组元之间的相互作用)且较小的混合焓涨落能增强非晶合金中β弛豫峰的强度。他们将这种现象和有机物中分子链长、官能团替换等因素对β弛豫的影响作对比，得到了一致结论。

据此，他们根据此前提出的链状β弛豫运动模型，对这些现象进行了解释，并试图给出理解非晶合金中β弛豫的一个统一物理图像。他们认为，较强的、均匀的原子之间相互作用会促进非晶金属玻璃中类似分子链的结构(对应于β弛豫的结构起源)的产生。该项工作使得利用调控β弛豫来改变非晶玻璃态材料性能成为可能，并为进一步阐明非晶形成机制、形变机制以及β弛豫的机制提供了重要基础。1

特征β弛豫基本特征有：

1)β弛豫是一个热激活过程，其平均弛豫时间与温度成Arrhenius关系；

2)时间范畴内β弛豫要比α弛豫更快；

3)在频率范畴内β弛豫峰要比α弛豫更宽；

4)在实验时间尺度下α弛豫只存在于液体，而β弛豫不仅存在于液体，还能存在于玻璃。

未来研究方向未来β弛豫研究方向大体为：

1) β弛豫与α弛豫的关联性：β弛豫与α弛豫关联范式的确立将有助于液体基本理论框架的建立，对于现有凝聚态理论的拓展意义重大。

2) β弛豫与液体动力学特征-“脆度”的关联性：相同或相近“脆性”的液体, 有的结构弛豫中存在明显的β弛豫, 而有的难以观测, 原因何在？越脆的液体, 其β弛豫一定越明显吗？

3) β弛豫对于玻璃转变的影响：为何大多数玻璃形成液体在1.2Tg处才出现β弛豫，并且与α 弛豫分离？为何β弛豫不仅仅存在于液体，而且能存在于玻璃？

4) β弛豫的机理：为何不同的测量技术(如介电谱和动态力学谱测量)都能观测到β弛豫？能否在同一体系中采用不同的测量技术观测β弛豫？其获得的β 弛豫是否一样, 或存在差异？组成单元的转动还是径向平动或者两者的耦合引发β 弛豫？

本词条内容贡献者为:

李航 - 副教授 - 西南大学