Strong and fragile plastic crystals

¹ Department of Chemistry, Purdue University, West Lafayette, IN 47907, U.S.A..
² Laboratoire de Chimie Physique des Matériaux Amorphes (LA 75 du CNRS) Université Paris-Sud, 91405 Orsay, France.

Abstract

A pattern of behavior for the structure relaxation time of molecular and ionic liquids, which becomes clear when data at different temperatures are scaled by the glass transition, is reviewed. A similar pattern is then shown, within the limitations of available data, to apply to plastic crystals "Strong plastic crystals are characterized by a temperature-resistant medium-range order which is manifested by a small change in heat capacity at T_g, a single (or narrow distribution of) relaxation time(s) and Arrhenius (or nearly Arrhenius) dependence of the relaxation time on temperature over some fifteen orders of magnitude. For "fragile" plastic crystals whose structures degrade rapidly with temperature, ΔCp at T_g is relatively large, and the relaxation time characteristics are more complex. In the latter, and in intermediate cases, the very long time scale behavior of the orientationally equilibrated heat capacity which ultimately must resolve the Simon-Kauzmann entropy crisis, remains a fundamental problem.

Résumé

Cet article décrit un schéma de comportement du temps de relaxation structurale de liquides ioniques et moléculaires qui apparaît lorsque les données de différentes températures sont « mises à l'échelle » par la transition vitreuse. On montre qu'un schéma est valable pour les cristaux plastiques dans la limite des données disponibles. Les cristaux plastiques « solides » sont caractérisés par un ordre à moyenne distance, résistant à la température, qui se manifeste par un petit changement de capacité calorifique à T_g, une distribution unique ou étroite des temps de relaxation et une relation temps de relaxation — température de type Arrhénius (ou presque) sur une quinzaine d'ordres de grandeur. Pour les cristaux plastiques «fragiles » dont les structures se dégradent rapidement avec la température, ΔCp à T_g est assez élevé et les caractéristiques du temps de relaxation sont plus complexes. Le comportement à temps très long de la capacité calorifique liée à l’ensemble des orientations moléculaires, qui doit en dernier ressort résoudre le paradoxe entropique de Simon-Kauzmann, reste un problème fondamental dans ce cas, comme dans les cas intermédiaires.