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Resolving aging dynamics of a 3D colloidal glass

Science China(Physics,Mechanics & Astronomy) 2024年第3期67卷 110-118页

作者： XiaoJuan Wang Jun Duan Gan Ding YunZhuo Lu Xing Lu LanHong Dai MinQiang Jiang State Key Laboratory of Nonlinear Mechanics Institute of MechanicsChinese Academy of SciencesBeijing 100190China School of Materials Science and Engineering Dalian Jiaotong UniversityDalian 116028China School of Engineering Science University of Chinese Academy of SciencesBeijing 100049China

Physical aging is an inherent property of glassy matter, but understanding its microscopic mechanism remains a challenge particularly at the particle level. In this work, we use a confocal microscope to in-situ trace the particle trajectories in a 3D colloidal glass for 73000 s, aiming at resolving the aging dynamics. By calculating the mean square displacement of particle motions, we find that the glass aging with time can be divided into three stages: β relaxation, α relaxation and free diffusion. The system's mean square displacement at each aging state is quantitatively resolved into three contributions of particle dynamics modes: vibration within the nearest-neighbor cages, hopping between cages and cooperative rearrangement. We further calculate the particle's free volume and find that the β-to-α transition is accompanied by the temporary increase of the system-averaged free volume due to pronounced hops of particles. Nevertheless, the temporal autocorrelation of the free volume spatial distribution still obeys a monotonically stretched exponential decay with an exponent of 0.76, which is related to the sub-diffusion dynamics of cooperative rearrangements and hops mixed in α relaxation. According to the resolved vibrational displacements,we calculate the vibrational density of states of this 3D glass, and the characteristic boson peak is reproduced at low frequencies.Our findings shed insight into the particle-level aging dynamics of a real glass under purely thermal activation.

关键词： colloidal glass physical aging particle dynamics free volume boson peak

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分析超速离心与硬球胶体玻璃态系统

分析超速离心与硬球胶体玻璃态系统

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中国化学会第十七届全国胶体与界面化学学术会议

作者：陈梦迪华东师范大学物理与材料科学学院

＜正＞玻璃态是一种无序结构,组成单元可以是原子、分子、高分子、胶体粒子、甚至宏观粒子。尽管玻璃态材料在生活中很常见,有广泛的工业应用,但相关理论是物理学中争议最多的领域之一。胶体系统具有微米量级粒子尺度和秒量级运动时间尺... 详细信息

＜正＞玻璃态是一种无序结构,组成单元可以是原子、分子、高分子、胶体粒子、甚至宏观粒子。尽管玻璃态材料在生活中很常见,有广泛的工业应用,但相关理论是物理学中争议最多的领域之一。胶体系统具有微米量级粒子尺度和秒量级运动时间尺度,被认为是研究物质玻璃态转变等问题的理想模型体系。但是,目前对胶体玻璃态系统的表征局限于显微观测和粒子布朗运动追踪方法,无法对生成的固态玻璃态结构进行区分以及定量分析表征。

关键词： Analytical ultracentrifugation colloidal glass Zeta potential

来源： cnki会议评论

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