KIP-Veröffentlichungen

Das Fluktuations-Dissipations-Theorem (FDT) verbindet ganz allgemein die mikroskopischen Fluktuationen innerhalb einer Probe mit einer makroskopischen Antwortfunktion, die mittels eines Permittivitätsexperimentes bestimmt werden kann. Wesentliche Voraussetzung für die strenge Gültigkeit des FDTs hierbei ist, dass sich die Probe im thermodynamischen Gleichgewicht befindet. Diese Arbeit untersucht die Gültigkeit des FDTs experimentell während der Polymerisation des Epoxidharzes DGEBA. Dabei befindet sich die Probe zwar bei konstanter Temperatur, aber im chemischen Ungleichgewicht. Zum Einsatz kommen die Härter n-Butylamin und Ethylendiamin. Die typischen Polymerisationszeiten liegen zwischen wenigen Stunden und etwa einem Tag bei Temperaturen zwischen 293 K und 303 K. Die geeignete Wahl der Probentemperatur ermöglicht eine Einstellung der gewünschten Zeitskala der Polymerisation. Das Harz-Härter-System durchläuft während der Polymerisation einen chemisch getriebenen Glasübergang.

Im Experiment werden das dielektrische Polarisationsrauschen und die dielektrische Permittivität unabhängig voneinander gemessen. Die Probe befindet sich in einem thermisch stabilisierten Plattenkondensator. Beide Messgrößen zusammen erlauben eine Überprüfung des FDTs während der Polymerisation in einem Frequenzbereich zwischen wenigen Hertz und 10 kHz. Die Rauschtemperatur weicht von der Badtemperatur für jeden Einzelmesspunkt maximal um etwa 10% ab. Die gemittelte Rauschtemperatur - hierbei wurde über alle Einzelmesspunkte gemittelt - hat eine  Standardabweichung von 1 bis 2 Prozent. Somit ist das FDT im betrachteten Frequenzbereich mit einer Unsicherheit von wenigen Prozent gültig.

Dielectric polarization fluctuations and perimittivity during the curing of an epoxy resin.

The fluctuation-dissipation theorem (FDT) interconnects the microscopic fluctuations with the macroscopic response function of a linear-response permittivity experiment. An important condition for the validity of the FDT is the thermodynamic equilibrium of the system under investigation. This thesis analyzes the validity of the FDT experimentally during the polymerization of the epoxy resin DGEBA. The hardeners used are n-butylamine and ethylenediamine. The timescale of the curing process ranges between a few hours and a day at temperatures between 293 K and 303 K. By keeping the sample at constant temperature the duration of the curing process can be controlled easily. The sample itself is in a chemical nonequilibrium state. The epoxy-hardener mixture undergoes a chemically driven glass transition.

In the experiment the dielectric polarization noise and the dielectric permittivity are measured independently. The sample is filled in a thermally stabilized parallel plate capacitor. Both measured quantities allow a check of the FDT during the polymerization process covering a frequency range between a few hertz and 10 kHz. The noise temperature and the bath temperature match better than 10% for an individual data point at one frequency. Averaged over all single datapoints, this uncertainty is calculated to 1 to 2 percent. So the FDT is valid in the investigated frequency range with an uncertainty of a few percent.