Etude des phénomènes de relaxation associes a la transition vitreuse

= study of the relaxation processes associated with the glass transition phenomenon

• Auteur / Autrice : Annelise Faivre
• Direction : Laurent David
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des matériaux
• Date : Soutenance en 1997
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : GEMPPM - Groupe d’Etudes de Métallurgie Physique et de Physique des Matériaux (Lyon, INSA1975-2007)
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université Claude Bernard (Lyon1971-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sorbitol

Relaxation moléculaire

Transition vitreuse

Résumé

La transition vitreuse reste une question centrale de la physique des phases mal ordonnées. Une caractéristique étonnante de ce phénomène est qu'il est associé à des processus de relaxation qui s'étendent sur une très grande gamme de temps. De plus, cette transition a lieu dans des systèmes de nature chimique très différente. Afin de contribuer à une meilleure compréhension de la transition vitreuse, nous avons choisi de caractériser la mobilité moléculaire de quatre systèmes : le sorbitol, le maltitol (verres moléculaires à liaisons hydrogène), le PMMA (un polymère à liaisons de Van der Walls) et une solution aqueuse de LiCI (verre ionique à liaisons hydrogène). En combinant un ensemble des techniques spectroscopiques: spectrométrie mécanique basse fréquence, spectroscopie diélectrique, viscosité, écho de spin de neutrons (ILL), diffusion quasi-élastique de neutrons (LLB), DSC, nous avons établi les diagrammes relaxationnels de ces systèmes sur une large gamme de temps de part et d'autre de Tg. Nous avons ainsi mis en évidence la relaxation principale α, qui présente une forte dépendance avec la température et un changement net à Tg, et une relaxation β arrhénienne sur une large gamme de température. Ces résultats sont interprétés sur la base d'une théorie décrivant la mobilité en termes de mouvements élémentaires (assimilés au processus β) hiérarchiquement corrélés. Le paramètre exprimant l'intensité de ces effets de corrélation évolue avec la température car il est relié aux fluctuations présentes dans le système. Des expériences de SAXS (ESRF) ont permis de caractériser ces nanofluctuations de part et d'autre de Tg. La description complète de la relaxation principale nécessite de prendre en compte la variation des effets de corrélation en fonction de la température et un changement de dynamique du processus élémentaire, associé à la variation de la composante intermoléculaire des énergies d'activation lors du couplage avec la relaxation principale

The glass transition, which remains a central point in soft condensed-matter physics is revealed by relaxation processes covering a striking wide range of time. This phenomenon takes place in systems of very different chemical nature. In order to improve the understanding of glass transition, we investigate the molecular mobility of different systems on a wide temperature range from above (metastable liquid) to below Tg (out of equilibrium state). The chosen systems are Sorbitol, Maltitol (H-bonding molecular glasses), Poly(methyl methacrylate) (Van Der Walls macromolecular system) and LiCl,6H20 (H-bonding ionie glass). Using various spectroscopie techniques (very low frequency mechanical spectroscopy, dielectric spectroscopy, viscosity measurements, neutron spin echo (ILL Grenoble), quasi-elastic neutron scattering (LLB, Saclay), DSC), the relaxational map of these systems was characterized on very large frequency and temperature ranges. The results obtained reveal: -the principal a relaxation, exhibiting a complex dynamic behavior with a change around Tg, - and a secondary relaxation, with an Arrhenius behavior on a large temperature range. Up to date, it cannot be clearly pointed out in LiCl,6H20. We interpret the strong temperature dependence of the a-relaxation process by considering a correlated hierarchy of elementary motions (~process). We investigate the evolution of the electronic density nanofluctuations as a function of temperature and microstructural state, by means of SAXS (ESRF Grenoble), in order to relate this molecular mobility above and below the glass transition temperature to the state of disorder. The description of the entire a process involves the variation of the correlation effects with the state of disorder (i. E. With temperature), and a change in the dynamic of the β-process, due to the variation of the intermolecular contribution of the activation energy, in the coup ling range of α and β processes.