论文标题：Relaxation Dynamics of Liquid Sulfur Across the λ-Transition

论文链接：https://www.mdpi.com/2673-8015/6/1/12

期刊名：Liquids

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/liquids

Demmel, F.; Howells, W.S. Relaxation Dynamics of Liquid Sulfur Across the λ-Transition. Liquids 2026, 6, 12. https://doi.org/10.3390/liquids6010012

液态硫在432 K存在标志性λ转变，相变前后分子结构由S₈八元环为主转变为长短硫链共存体系，伴随粘度激增上万倍，但其微观弛豫动力学机制长期缺乏多尺度定量解析。本文依托OSIRIS反向散射中子谱仪开展准弹性中子散射实验，覆盖1–140 ps时间尺度与3–20 Å空间尺度，结合频域、傅里叶时域双重解析，完整对比λ转变上下的集体动力学行为，厘清粘度突变的微观动力学根源。

实验选取420 K（相变前）、480 K与530 K（相变后）三组温度，利用硫相干中子散射信号捕捉密度涨落集体弛豫行为。频域拟合采用弹性峰叠加双洛伦兹线型模型，观测到典型德根尼斯窄化效应：在结构因子肩峰对应的特征波矢处弛豫速率出现极小值。跨温对比显示，近邻短尺度（大波矢）动力学在相变后显著加快；而长程大尺度（小波矢）弛豫时间随升温大幅延长，最高可提升7倍，证明高温长硫链形成带来大范围缓慢结构弛豫。

将动态结构因子傅里叶变换得到中间散射函数F (Q,t)，发现全尺度弛豫均偏离单指数衰减，可通过KWW拉伸指数函数精准描述，拉伸参数β普遍低于0.5，与聚合物Rouse模型理论值高度吻合。相变后小波矢区间弛豫速率满足γ∝Q⁴标度关系，完美匹配高分子链段运动规律；相变前以环状分子为主，该标度关系不再成立，直接证实λ转变后液态硫具备类熔体聚合物动力学特征。

研究指出，长短硫链共存带来多时间尺度耦合弛豫是粘度剧烈上升的核心诱因：高温体系中长链结构形成大范围慢弛豫单元，宏观体现粘度陡增；而低温S?环体系无长链缠结，弛豫快速、粘度偏低。现有仪器无法捕捉百皮秒以上超慢动力学，为后续更高分辨中子实验留下研究空间。

该工作首次在宽时空尺度定量区分液态硫相变前后动力学差异，建立硫分子环-链结构演化与弛豫行为的直接关联，为解释液态硫反常粘温特性提供微观动力学证据，同时为准弹性中子散射解析复杂多型分子液体弛豫提供标准化分析范式。

Liquids (ISSN 2673-8015) 创刊于2021年，是一个国际化、经同行评审的开放获取期刊。期刊涵盖物理学中的液态理论、合成和分析化学、生物学、工程学和气象学中的流体动力学。目前，Liquids 已被ESCI (IF 1.8)、Scopus (CiteScore: 4.0)、CAPlus / SciFinder等数据库收录。