English Title: Glass transition of small-molecule organic liquids under pressure

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Abstract

Der Einfluss von hohem hydrostatischen Druck auf den Glasübergang von organischen Flüssigkeiten bestehend aus kleinen Molekülen wird im Rahmen dieser Arbeit vorgestellt. Dielektrische Relaxationsspektroskopie wird zur Beobachtung der Reorientierungsdynamik der Systeme eingesetzt, Dilatometrie liefert die Zustandsgleichung der untersuchten Substanzen im Druck-Temperatur-Bereich zwischen Atmosphärendruck und 700 MPa bei Temperaturen zwischen 130 K und 300 K. Die untersuchten Systeme sind die einkomponentigen Glasbildner meta-Fluoranilin, Glycerin und Propylencarbonat sowie binäre Mischungen aus meta-Toluidin, Salol und meta-Cresol jeweils als Mischungspartner von Anilin bei verschiedenen Konzentrationen. Gläser lassen sich isobar, isotherm und isochor herstellen. Zentral ist die Fragestellung nach der Wegabhängigkeit des Glasübergangs und der Relaxationsdynamik im Glas, insbesondere der Sekundärrelaxationen. Es gibt für die Primärrelaxation einen Skalierungsparameter in den nur Temperatur, Volumen und ein sytemabhängiger Exponent eingehen. Die Fragilität, ein Maß für die Steilheit des Glasübergangs, ist im Rahmen der Messgenauigkeit druckunabhängig. Die Art der Druckabhängigkeit, die Weg- und Zeitabhängigkeit der Sekundärrelaxation deuten auf Clusterbildung hin. Denselben Schluss lässt auch die bei den Mischsystemen beobachtete Sekundärrelaxation zu.

Translation of abstract (English)

In this thesis the influence of high hydrostatic pressure on the glass transition of small-molecule organic glass formers is presented. To reveal the reorientational dynamics of the molecules in the system dielectric relaxation spectroscopy is used. Dilatometric studies give insight into the equation of state of the investigated systems in the pressure range up to 700 MPa and temperatures between 130 K and 300 K. The samples under investigation are the neat glass formers meta-fluoroaniline, glycerol and propylene carbonate as well as the binary mixtures consisting of meta-toluidine, salol and meta-cresol as mixing partners of aniline. The main points of interest are the dependence of the glass transition on the thermodynamic path and relaxation dynamics within the glassy state (secondary relaxations). Starting from the liquid the glassy state can be reached isobarically, isothermally and isochorically. We found a scaling parameter for the primary relaxation based on temperature, volume and a material dependent exponent only. Fragility which is a measure for the steepness of the glass transition does not show a pressure dependence within the experimental error. The results obtained by the neat and binary systems suggest the existence of clusters within the glass consisting of a few molecules, which might be responsible for the slow secondary process.