Konzentrationsfluktuationen und molekulare Dynamik in binären Glasbildnern

In dieser experimentellen Arbeit werden binare, glasbildende Mischungen mit verschiedenen, sich erganzenden dynamischen und strukturellen Messmethoden untersucht. Dabei wird das Ziel verfolgt, die molekluare Mischungsdynamik und ihre charakteristischen Langenskalen in der unterkuhlten Flussigkeit nahe der Glasubergangstemperatur sowie innerhalb des Glases systematisch zu analysieren und auch mit den Eigenschaften reiner Glasbildner zu vergleichen. Dafur werden experimentelle Methoden (z.B. Lichtstreuung, dielektrische Spektroskopie, Neutronenstreuung) angewendet, die bei einer geeigneten Wahl der Komponenten der Mischung selektiv die individuelle strukturelle Dynamik von nur einer Molekulsorte messen konnen. Im Gegensatz zu reinen, einkomponentigen glasbildenen Substanzen spielen in binaren Mischungen kooperative Fluktuationen der lokalen Zusammensetzung eine wesentliche Rolle. Solche Konzentrationsfluktuationen haben eine heterogene strukturelle Dynamik zur Folge, da diese verschiedene lokale Umgebungen erfahrt; zum anderen ergeben sich aber auch Auswirkungen auf die Konzentrationsfluktuationen, wenn die strukturelle Dynamik im Laufe des Glasubergangs so langsam wird, dass sich das System auserhalb des thermodynamischen Gleichgewichts befindet. Eine wesentliche Eigenschaft, die alle untersuchten Mischsysteme auszeichnet, ist der grose Unterschied in den Glasubergangstemperaturen der Einzelkomponenten. Diese ausgepragte, sogenannte dynamische Asymmetrie betragt bis zu 290K und wird erreicht, indem kleine, sehr mobile organische Molekule mit eher "tragen" Polymeren gemischt werden. Als Polymere kommen Polystyrol (PS) und Polymethylmethacrylat (PMMA) in verschiedenen Molekulargewichten zum Einsatz, die jeweils mit Methyl-Tetrahydrofuran (MTHF) und in einigen Experimenten mit Picolin in unterschiedlichen Konzentrationen gemischt werden. Es zeigt sich, dass einige spezielle Eigenschaften der Mischungen, z.B. das Auftreten zweier separater struktureller alpha-Relaxationen, teils verbreiteten Ansichten uber die Dynamik in homogen mischenden, binaren Systemen widersprechen und auf die dynamische Asymmetrie zuruckgefuhrt werden konnen. Des Weiteren geben dynamische Korrelationsexperimente mit koharenten Rontgenstrahlen einen besonderen Einblick in die Eigenschaften der Konzentrationsfluktuationen beim Glasubergang.