Effects of confinement on material behaviour at the nanometre size scale

In this article, the effects of size and confinement at the nanometre size scale on both the melting temperature, Tm, and the glass transition temperature, Tg, are reviewed. Although there is an accepted thermodynamic model (the Gibbs–Thomson equation) for explaining the shift in the first-order transition, Tm, for confined materials, the depression of the melting point is still not fully understood and clearly requires further investigation. However, the main thrust of the work is a review of the field of confinement and size effects on the glass transition temperature. We present in detail the dynamic, thermodynamic and pseudo-thermodynamic measurements reported for the glass transition in confined geometries for both small molecules confined in nanopores and for ultrathin polymer films. We survey the observations that show that the glass transition temperature decreases, increases, remains the same or even disappears depending upon details of the experimental (or molecular simulation) conditions. Indeed, different behaviours have been observed for the same material depending on the experimental methods used. It seems that the existing theories of Tg are unable to explain the range of behaviours seen at the nanometre size scale, in part because the glass transition phenomenon itself is not fully understood. Importantly, here we conclude that the vast majority of the experiments have been carried out carefully and the results are reproducible. What is currently lacking appears to be an overall view, which accounts for the range of observations. The field seems to be experimentally and empirically driven rather than responding to major theoretical developments.

اثرات حبس بر رفتار مواد در مقیاس کوچک اندازه

در این مقاله، اثرات اندازه و حبس در مقیاس اندازه nanometre روی هم دمای ذوب و دمای گذار شیشه، Tg مورد بررسی قرار می‌گیرد. اگرچه یک مدل ترمودینامیکی پذیرفته‌شده وجود دارد (معادله گیبس - تامسون)برای توضیح تغییر در انتقال مرتبه اول، Tm، برای مواد محدود، افسردگی نقطه ذوب هنوز کاملا درک نشده است و به طور واضح نیاز به تحقیقات بیشتر دارد. با این حال، نیروی اصلی کار بررسی می‌دانی محدود بودن و اثرات اندازه بر روی دمای گذار شیشه‌ای است. ما در جزییات، اندازه‌گیری‌های دینامیک، ترمودینامیکی و شبه ترمودینامیکی برای گذار شیشه‌ای در هندسه‌های محدود شده برای هر دو مولکول کوچک محصور شده در nanopores و برای لایه‌های نازک پلیمری را ارایه می‌کنیم. ما مشاهدات را بررسی می‌کنیم که نشان می‌دهند که دمای انتقال شیشه‌ای، بسته به جزئیات شرایط آزمایش (یا شبیه‌سازی مولکولی)یک‌سان یا حتی از بین می‌رود. در واقع، بسته به روش‌های تجربی مورد استفاده، رفتارهای متفاوتی برای همان ماده مشاهده شده‌است. به نظر می‌رسد که تیوری های موجود of قادر به توضیح دامنه رفتارهای مشاهده‌شده در مقیاس کوچک نیستند، به این دلیل که پدیده گذار شیشه‌ای به طور کامل درک نشده است. به طور مهمی، اینجا نتیجه می‌گیریم که اکثر آزمایش‌ها به دقت انجام شده‌اند و نتایج قابل تکرار هستند. آنچه در حال حاضر فاقد آن است یک دیدگاه کلی است، که دامنه مشاهدات را تشکیل می‌دهد. به نظر می‌رسد که این زمینه به طور تجربی و تجربی به جای پاسخ به پیشرفت‌های نظری بزرگ هدایت می‌شود.

ترجمه شده با