分子任意取向体系中Weiss分子场理论的相变特征研究

Weiss分子场理论(Weiss’s molecular field theory,WMFT)对晶体中二级相变的定量描述是相当成功的.由于是平均场理论,可作为初步分析如液体等结构无序和复杂组分体系相变行为的理论依据,而结构无序等体系中分子更具有任意取向的特征.但是,迄今为止仍没有对分子任意取向体系中WMFT相变特征的研究.本文对该问题进行了研究,严格推导出了有外场E时该体系的自发极化P(T,E)s、内能u(T,E)、比热c(T,E)和静态极化率(T,E)s随温度T和外场E变化的表达式.结果表明,E=0时该体系中在一定温度c T发生了二级顺电-铁电相变;外电场的存在,使得体系的二级相变转化为弥散相变.另外,与分子仅有两个取向的体系相比,分子任意取向体系中P(T,E)s、u(T,E)、c(T,E)和(T,E)s的数学形式明显不同,相应的结果也有明显区别,具体为:分子任意取向体系的c T较低;P(T,0)s随c T/T减小的上升趋势较慢;c T以下的c(T,0)较大,特别是在较低温度出现一个弱依赖与E的"台阶"式下降;E对P(T,E)s的影响扩展到更低的温区,对相变温区c(T,E)峰的压低则更为明显.本文研究对完善WMFT以及该理论在结构无序等体系中的应用无疑是有益的.

用Weiss分子场理论对有外电场时铁电体系相变特征的研究

Weiss分子场理论(WMFT)对晶体中顺磁-铁磁和顺电-铁电相变特征的定量描述是相当成功的.由于是平均场理论,又可作为初步分析结构无序体系和复杂组分体系相变行为的理论依据.但是迄今为止,并没有对有外场时WMFr的相变特征进行详细研究.而对铁电体系,仅仅对分子取向为两个状态时WMFT的相变特征进行了研究.另外,虽然铁磁与铁电体系的WMFT描述极为相似,但是由于两种体系中微观磁化和极化的单元不同,导致相应的数学描述与结果也有所不同.本文首先对外电场中分子取向包含任意状态的铁电体系的WMFT相变特征,包括自发极化、内能和比热以及静态极化率随温度变化进行严格推导,然后对相变特征随外电场的演变进行了研究.结果表明:1)无外场时,体系发生二级顺电-铁电相变,且随状态数的增加,相变温度减小,这是与铁磁体系不同的地方,同时单分子的平均极化强度减小,而内能、比热和极化率增大;2)外场的存在,使得体系原有的二级相变转化为弥散相变,且外场越强,弥散温区越大.上述结果对深入研究铁电体系的相变,特别是弥散相变无疑是有益的.

基于Weiss分子场理论对极性液体中静态介电常数随温度变化及其相应取向关联的研究

迄今为止,并没有被普遍接受的液体静态介电常数的微观理论模型,主要原因是对属于强关联系统的液体中分子之间的取向关联特征仍不十分清楚.本文基于Weiss分子场理论(WMFT),对水(water H_2O)、甲醇(methanol,CH_4O)、乙醇(ethanol,C_2H_6O)和正丙醇(1-propanol,C_3H_8O)等4种极性液体中静态介电常数,具体为Curie-Weiss常数、Curie温度和Weiss分子场因子随温度变化规律进行分析研究,得出上述液体中:1)铁电关联(ferroelectric correlation,FC)和反铁电关联(anti-ferroelectric correlation,AFC)共存,且FC比AFC强得多,以及随温度降低FC减弱和/或AFC增强;2)结构均匀的WMFT不能定量描述上述液体中足够低的温度下反常大的静态介电常数.可以想象FC和较弱AFC的共存必然导致极性液体中关联序的空间不均匀,由此作者提出了空间不均匀关联序的粗粒近似的Weiss分子场理论,并用此理论对上述液体中静态介电常数随温度快速变化的行为进行了解释.上述结果对深入认知液体物理学,包括玻璃化转变机制的探索,无疑是有价值的.