非晶态物理的发展-2019年精选教学文档
非晶态物理学
第二章非晶态物理学非晶态物理学一门发展迅速的新兴学科，是凝聚态物理的一个十分活跃的前沿领域，并已成为材料学科的重要分支之一。
我们日常所见到的各种玻璃、塑料、非晶态超导体、非晶态离子导体乃至千变万化的生物世界，有相当一部分就是非晶体，或是由非晶体所组成。
和晶态物理相比，人们对各种无序体系和非晶态物质的研究尚处于初级阶段，无论在基础理论、微观结构、宏观特性，或新材料、新工艺探索方面，都有大量的问题有待于人们去解决。
非晶态物理(Amorphous solid physics)包括非晶态的结构、形成、稳定性和相变动力学，以及物理、化学特性和理论模型等方面的内容。
§2.1 物质的两种基本状态——有序态和无序态自然界中的各种物质按物理状态可以分为有序结构和无序结构两类。
晶体为典型的有序结构，而气体、液体和某些固体（如非晶态固体）都属于无序结构。
气体相当于物质的稀释态，液体和非晶态固体相当于凝聚态。
可以认为气体的分子间没有任何相互作用，分子处于完全的无序状态；液体的分子无序地密集堆叠在一起；非晶态固体的分子象在液体中一样，以相同的紧压程度无序堆积。
所不同的是：在液体中，分子较容易滑动；在非晶态固体中，分子不能滑动，具有固有的形状和很大的刚硬性。
在液体和非晶态固体中的无序并不是单纯的“混乱”，而是破坏了有序系统的某些对称性，形成的一种有缺陷的、不完整的有序。
存在“短程有序”是液体和非晶态固体的基本特征之一。
晶体与非晶态固体的根本区别在于晶体中的原子排列具有长程有序，而非晶态固体中没有长程有序，原子排列是极其无序的。
图3衍射环的弥散程度要比任何小晶粒组成的多晶体大得多，表明非晶体可以看成由书目及多、无规取向的小集团组成，而在每个小集团内部的原子排列是有序的。
只是这种小集团比小晶粒要小得多，即短程有序。
实际的晶体中，也存在各种不规则、不完整和缺陷等无序性。
这种极其细微的偏差，却对晶体和非晶态的宏观性质有极为重要的影响。
非晶合金学习
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密度
• 非晶是一种短程有序密排结构，与长程有序的晶态密排结 构相比，非晶合金的密度一般比成分相近的晶态合金低1-2 ％。Fe88B12合金在晶态时密度为7.52g/cm3，在非晶态时密 度为7.45g/cm3。
高强度非晶材料
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金属玻璃的强度、硬度和弹性模量
合金
屈服强度 断裂强度
/GPa
/GPa
硬度 /GPa
弹性模量 /GPa
Ni36Fe32Cr14P12B6
2.73
/
8.63
141
Ni40Fe20P14B4Si2
2.35
2.38
7.77
129
Fe80P16C1B1
2.44
/
8.19
135
非晶磁头
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非晶态合金的结构特征
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• 非晶体与晶体都是由气态、液态凝固而成，由于冷却速率不同， 形成的结构也迥然不同。 ✓晶体是典型的有序结构，原子有规则地排列在晶体点阵上形 成对称性； ✓非晶态与气态、液态在结构上同属无序结构，它是通过足够 快的冷却发生液体的连续转变，形成非晶态固体。
• 非晶合金具有很高强度、硬度、耐磨性能和韧性，在弯曲、 压缩状态时有很好的延性，但拉伸延性、疲劳强度很低， 所以一般不能单独用作结构材料。许多成分的金属玻璃经 适当晶化处理后，综合力学性能会有很大提高。
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热学性能
• 非晶态合金处于亚稳态，是温度敏感材料。 • 如果材料的晶化温度较低，非晶态合金更不稳定，有些
2019非晶态物理的发展语文
非晶态物理的发展第二次世界大战后，在理论和实验方面有巨大发展的另一个重要领域是非晶态物理。
50 年代初期，正当能带理论以压倒优势向前发展的时候，一些目光敏锐的物理学家就根据实验事实向能带论提出了挑战。
能带论强调能态的延展性，用布洛赫波描述电子行为，这是由晶体结构平移对称性决定的。
而挑战者强调能态的定域性，这是物质的无序结构决定的。
研究无序体系电子态的开创性工作是安德森(P.M.Ander?son)在1958 年发表的一篇题为《扩散在一定的无规点阵中消失》的论文。
他首先把无规势场和电子波函数定域化联系起来，在紧束缚近似的基础上，考虑了三维无序系统。
证明当势场无序足够大时，薛定谔方程的解在空间是局域化的;给出了发生局域化的定量判据，并具体描述了定域态电子和扩展态电子的行为，为非晶态材料的电子理论奠定了重要的理论基础。
1960 年，美国加州理工学院教授杜威兹(Duwez)等人用喷枪法获得非晶态 An?Si 合金。
这是制备非晶态金属和合金工艺上的重要突破。
1963 年，派诺考斯基(P.Pietrokowsky)提出了活塞砧座法，用以制备非晶金属箔片。
1970 年至 1973 年，陈鹤寿等人进一步发展了可连续浇铸和连续制备非晶态合金的双辊急冷轧制法和单滚筒离心急冷法。
1973 年，美国联合化学公司的吉尔曼(J.J.Gilman)等人做到以每分钟两千米的高速度连续生产非晶态金属玻璃薄膜，并以商品出售。
杜威兹的研究成果不仅在金属玻璃的制备上取得了显著成就，而且开拓了非晶态金属的研究领域，大批物理学家开始研究金属玻璃的形成条件，研究金属玻璃的结构与稳定性;研究和利用金属玻璃的优异物理性质，例如高强度、软磁性、抗腐蚀性、抗辐照等性能。
下面以金属玻璃磁性的研究为例作简要说明。
早在 1960 年库柏诺夫(A.N.Gubanov)就预言非晶态材料也具有铁磁性，并用径向分布函数计算出非晶态材料的铁磁转变温度，指出非晶态铁磁材料在不少实际应用中具有晶态铁磁材料所没有的优越性能。
第八章非晶态合金案例教学文案
1977年诺贝尔物理学奖
----电子结构理论
P.W.安德森 莫特 范弗莱克
1977年诺贝尔物理学奖授予美国新泽西州缪勒山（Murray Hill）贝尔实 验室的P.W.安德森（Philip W.Anderson,1923-- ）、英国剑桥大学的莫特（Nevill Mott,1905-1996）和美国哈佛大学的范弗莱克（John Van Vleck,1899-1980）， 以表彰他们对磁性和无序系统的电子结构所作的基础理论研究。
首次建立了原位X射线衍射研究多层膜中互扩散的新技 术，精确测量出一系列多层膜在固相反应中的互扩散 系数；发现多层膜中扩散规律及与固相反应的关系。
用非晶材料制成磁头可用于录音、录像；用于各种传感器的 非晶圈丝、薄带及薄膜也研制成功；非晶薄膜用于磁记录 技术方面也取得重大成果。
非晶合金带材
• 随着更多非晶合金的发现以及它们所具有的各种独特 性能的揭示，非晶已不仅作为合金在快速凝固中出现 的一种亚稳相，还成为一类重要的功能材料。
三、非晶态金属的结构特点
非晶态合金
1、非晶态金属的结构 （1）内部原子排列短程有序而长程无序 主要特点
气体、液体和固体的原子分布函数
三、非晶态金属的结构特点
非晶态合金
(2)均匀性 显著特点
一层含义：结构均匀、各向同性，它是单相无定形 结构，没有象晶体那样的结构缺陷，如晶界、孪晶、 晶格缺陷、位错、层错等。
研究方向： 1.新型非晶、纳米材料的探索及形成规律研究； 2.非晶、纳米材料的结构及极端条件下的物理性能； 3.非晶态物理； 4.高压下的非平衡相变及亚稳材料的合成； 5.新材料的在微重力及空间条件下的制备形成规律研究； 6.非晶合金的结构及变形机理。
我组柳延辉博士及其导师汪卫华研究员分别荣获2009年度院优博奖和导师奖
第六讲 非晶合金01
材料的韧性高得多，比石英玻璃的
断裂韧性约高二个数量级。
•21
• 金属玻璃的塑性与外力方向有关.
• 处于压缩、剪切、弯曲状态时，非晶合
金具有很好的延性，压缩延伸率可达 40 ％，轧制时压下率为 50％以上也不会产 生断裂，薄带对弯至 180 度一般也不会 断裂。 • 非晶合金在拉伸应力条件下的延伸率很 低，一般只有约0.1%。
防护涂层，这是非晶材料最早的工业应用，但并末引起广泛
注意。
•6
• 1958年，安德森提出：当晶格无序度超过一定临界标准后，
固体中的电子长程扩散将会消失。 • 同年，在美国阿尔弗雷德召开了第一次非晶态固体国际会议。 从此，非晶物理与材料的研究成为材料科学的一个重要分支。 • 1960年，古贝蒙维从理论上预示非晶固体具有铁磁性：晶态 固体的电子能带过渡到液态时不会有任何基本形式的改变， 这意味着能带结构更依赖于短程序，而不是长程序，电子之
• 非晶合金在外力作用下应变不均匀，受
疲劳应力作用时疲劳裂纹容易形核，疲 劳寿命较低。
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密度
• 非晶是一种短程有序密排结构，与长程有序的晶态密排结构
相比，非晶合金的密度一般比成分相近的晶态合金低1-2％。
Fe88B12 合金在晶态时密度为 7.52g/cm3 ，在非晶态时密度为 7.45g/cm3。 • 非晶合金具有很高强度、硬度、耐磨性能和韧性，在弯曲、 压缩状态时有很好的延性，但拉伸延性、疲劳强度很低，所 以一般不能单独用作结构材料。许多成分的金属玻璃经适当 晶化处理后，综合力学性能会有很大提高。
非晶磁头
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非晶态合金的结构特征
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• 非晶体与晶体都是由气态、液态凝固而成，由于冷却速率不同，形
成的结构也迥然不同。 晶体是典型的有序结构，原子有规则地排列在晶体点阵上形成
非晶态材料的研究与开发
非晶态材料的研究与开发非晶态材料是指那些在一定范围内有序排列但无长程有序性的材料，它们的物理、化学及材料力学性质十分特殊。
自上世纪50年代初人们第一次发现非晶态合金以来，非晶态材料广泛应用于工程实践中的各个领域，例如在航空航天、汽车、电子、光学等行业。
在研究和开发之初，非晶态材料是以玻璃为代表的。
但是在素材锁芯、液晶和塑料正交材料等技术上的广泛涉及带来了新的发展。
此外，人工神经晶体也很有前景。
本文将着重讨论非晶态材料的研究和开发。
非晶态合金的典型代表是铁基合金，即软磁性铁基合金，其含量一般是75%至85%。
研究发现，铁基合金的毛细结构中充满了类似于球状Core-Shell结构的小团簇，每个小碎片内含有数十至数百个原子，它们被互相粘附在一起、构成一条链，并且形成任何长宽比。
铁基合金应用于磁场计等方面，体现了其应用的广泛性。
在人工神经晶体方面，非晶态材料的作用也十分显著。
最近几年内，剑桥市MIT在研究人工神经晶体时采用了非晶态材料的开发工作。
科学家在试验室合成了无氢的硅碳基非晶态合金，同时发现了这个合金调制出理想的硬度，具备脆性的力学性质，制品表面平整，可以用来做医用设备。
在液晶方面，非晶态材料同样也是很重要的材料。
实验结果显示，由三氧化物氧化的上溢铝方形钨在加热后保持稳定。
在微加工时，以铜和铬为原料制造出来的非晶态发射剂液晶（ELO）的经济性设计和制造成本相对较低，可以用于完整的电子和态势显示器件制造，这为未来应用的针对性土台创建提供了新的可能性。
值得注意的是，与其它的材料相比，非晶态材料的成本相对较低，而且可以有针对性地制造出能力特定目标的物质。
除了制造功能新型设备之外，非晶态材料还有其他广泛的应用，例如在半导体电子学、撕裂的表面或内部的耐水涂料、薄膜、高密度磁匣和金属玻璃等方面同样非常显著。
综上所述，非晶态材料是一种重要的材料类型，因其物理、化学和材料力学等特殊性质而在各种工程领域被广泛应用。
非晶材料的研究和发展
非晶材料的研究和发展非晶材料，俗称玻璃态材料，是相对于结晶材料而言的一类材料。
它们在物理性质和化学性质上与传统的结晶材料有很大的不同，如硬度、导电性、热膨胀系数等。
与此同时，非晶材料还具有较好的加工性能和韧性，在实际应用中拥有广泛的应用前景。
近年来，随着新型功能材料的需求不断增加，非晶材料的研究和发展也取得了许多重要进展。
下面，本文将对非晶材料的研究和发展进行全面的介绍。
一、非晶材料的类型非晶材料按照其形成途径可以分为两类：一类是液态淬火形成的非晶态材料，即传统的金属玻璃和高分子玻璃；另一类是物理气相沉积、溅射和离子束淀积等方法制备的非晶材料，即非晶合金、非晶碳材料和非晶氮化物等。
在这些非晶材料中，非晶合金是其中应用最为广泛的一类。
二、非晶材料的发展历程非晶材料的研究和发展始于20世纪50年代。
最初，科学家们通过快速冷却液态材料制备出了金属玻璃。
随着研究的不断深入，人们发现非晶材料不仅可以用金属制备，还可以用其他材料（如高分子材料、陶瓷材料等）制备。
在20世纪80年代初期，日本和欧美国家先后建立了非晶合金的研究机构，分别进行基础理论研究和产业化研究。
近年来，非晶材料的利用已经逐渐扩展到了电子、汽车、军工、生物医学等领域。
三、非晶材料的优缺点非晶材料的性质具有多样性，其广泛应用得益于其优良的物理和化学性能。
首先，非晶材料具有较高的硬度和强度，可以用于制造高强度结构组件。
其次，非晶材料导电性良好，可以用于制造电子器件。
此外，非晶材料还具有较好的耐腐蚀性能和高温稳定性能。
其缺点在于，由于非晶态材料的结构比较紧密，容易发生塑性变形，因而加工难度较大。
四、非晶材料的应用领域非晶材料现在已经得到了广泛的应用。
在硬盘存储器件、变频器电容、汽车减震器、医疗器械和实验室用具等方面都有非晶材料的身影。
其中，应用最广泛的是非晶合金材料。
此外，在太阳能电池领域和燃料电池领域也有重要应用，并且这些领域应用的前景非常广阔。
11级高分子物理5 聚合物的非晶态
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1. 无规线团模型
用X光小角散射实验测定含有标记分子的聚苯乙烯
本体试样中聚苯乙烯分子的旋转半径，与在溶液中聚苯 乙烯分子的回转半径相近，表明高分子链无论在本体中 还是在溶液中都具有相同的构象。
Tg(动态)> Tg(静态)
快速冷却
慢速冷却
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5.4 非晶态聚合物的黏性流动
非晶态聚合物的黏性流动的特点
（1）高分子流动是通过链段的协同位移 运动来完成
低分子的运动空穴模型：外力存在使分 子跃迁后，分子原来占有的位置成了新 的空穴，又让后面的分子向前跃迁。
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105~106Pa 形变大， 形变可逆， 链段运动， 为橡胶性状 应用：橡胶
粘流态： 模量极小，可流动， 形变很大 形变不可逆， 整个分子运动 为粘性流动状 应用：成型加工、 油漆
玻 璃 化 温 度
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黏 流 温 度
12 12
5.3 非晶态聚合物 的玻璃化转变
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5.3.1 玻璃化温度的测定
Tg以上，随着温度升高，聚合物的体积膨胀除
了分子占有体积的膨胀之外，还有自由体积的膨 胀，体积随温度的变化率比Tg以下的变化率大。
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自由体积理论
聚合物绝对零度时
已占体积
Tg以下膨胀率
Vg Vf V0 ddVTgTg
Tg 时聚 合物的
总体积
Tg以下的自由体积
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非晶培训资料.
非晶资料一、非晶合金产业发展现状及发展趋势（一）、非晶合金材料概述1、概念在日常生活中人们接触的材料一般有两种：一种是晶态材料，另一种是非晶态材料。
所谓晶态材料，是指材料内部的原子排列遵循一定的规律。
反之，内部原子排列处于无规则状态，则为非晶态材料，一般的金属，其内部原子排列有序，都属于晶态材料。
科学家发现，金属在熔化后，内部原子处于活跃状态。
一但金属开始冷却，原子就会随着温度的下降，而慢慢地按照一定的晶态规律有序地排列起来，形成晶体。
如果冷却过程很快，原子还来不及重新排列就被凝固住了，由此就产生了非晶态合金。
制备非晶态材料就是采用超急冷技术得到的，是冶金材料学的第三次革命，被称为21世纪的“双绿色”材料。
2、材料分类：3、特点：4、产业链（二）非晶带材产业发展分析1、上游带材（1）原料（2）制备工艺制备非晶带材采用的是一种快速凝固的工艺。
将处于熔融状态的高温钢水（铁、硅、硼、镍、钴、铌等）喷射到高速旋转的冷却辊上。
钢水以每秒百万度的速度迅速冷却，仅用千分之一秒的时间就将1300℃的钢水降到200℃以下，形成厚度为25微米的非晶带材。
（3）价格原材料成本：铁3200元/吨左右硅14500元/吨左右硼21500元/吨左右根据铁硅硼配比，每吨非晶带材原材料价格约7000元，加上原材料之外的制造成本（电、水、人工等），总成本在13000元/吨左右，目前市场销售价为17000-19000元/吨（4）用途制作成非晶铁芯，广泛应用于电力变压器、电机、电抗器、大功率开关电源替代传统硅钢铁芯，目前最主要应用在非晶变压器铁芯制造上（5）非晶带材分类及应用铁基非晶合金铁基非晶合金：主要元素是铁、硅、硼等。
它们的特点是磁性强（饱和磁感应强度可达1.4T～1.7T）、磁导率、激磁电流和铁损等软磁性能优于硅钢片，价格便宜，最适合替代硅钢片，特别是铁损低（为取向硅钢片的1/3～1/5），代替硅钢做配电变压器可降低铁损60%～70%。
非晶态材料的物理学和应用
非晶态材料的物理学和应用摘要非晶态材料是一类具有无序、非晶和玻璃结构的材料。
其物理性质和应用在过去几十年里得到了广泛研究和应用。
本文将介绍非晶态材料的基本概念、结构、制备方法、物理性质和应用，同时探讨了其未来的发展方向。
引言非晶态材料是指在晶体结构形成之前或由于快速凝固等原因而无法形成有序结构的材料。
这种材料具有无序、非晶和玻璃结构，其原子或分子之间的间隙、角度和距离都没有任何规律可言。
与晶体材料相比，非晶态材料具有很多优点，如高强度、高韧性、优异的磁性和导电性能、良好的耐蚀性等。
因此，非晶态材料在材料科学、物理学和工程领域中具有广泛的应用前景。
非晶态材料的基本概念和结构非晶态材料是一类没有晶体结构的材料，因此它们的结构非常复杂。
其结构特点可以通过X射线衍射、透射电子显微镜、核磁共振等技术进行研究。
非晶态材料通常由金属、合金、陶瓷、聚合物等材料组成，它们的原子或分子之间没有周期性排列。
这种结构的无序性导致了非晶态材料的物理性质具有很大的变化范围，而这些性质又取决于材料的组成、制备方法和温度等因素。
非晶态材料的制备方法制备非晶态材料的方法有很多种，其中包括快速凝固、化学气相沉积、离子束沉积、热喷涂、激光熔覆等。
快速凝固是制备非晶态材料最常用的方法之一，这种方法的基本原理是在短时间内将材料快速冷却，以防止材料形成晶体结构。
通过这种方法制备出的非晶态材料具有优异的物理性质和应用前景。
非晶态材料的物理性质非晶态材料的物理性质与其结构密切相关，其中包括力学性质、磁性质、光学性质、导电性质等方面。
由于非晶态材料的结构复杂、无序性强，因此其物理性质也非常复杂，难以简单描述。
以下是一些典型的非晶态材料的物理性质：力学性质：非晶态材料的强度和韧性非常高，其弹性模量和屈服强度也比晶体材料要高。
这些特性使得非晶态材料在制造高性能结构材料方面具有广泛应用，如用于生产高强度、高韧性的结构件、汽车部件、飞机零件等。
磁性质：非晶态材料的磁性质是其重要的物理性质之一，这是由于其结构的非晶性使得非晶态材料具有优异的磁性能力。
非晶态固体物理学
非晶态固体物理学非晶态固体物理学（Amorphous Solid Physics），是材料科学中一个很重要的分支研究领域。
其研究范围涉及从非晶态材料的制备、表征、低温物理性质，到非晶态固体的应用等。
今天，我将围绕着这个话题，向大家介绍非晶态固体物理学的相关知识。
第一步：概念介绍所谓非晶态固体，指的是在结晶和液态之间的一种状态。
它的特点是具有高度无序的原子排列结构，因而也被称为无序固体。
非晶态固体没有明确的晶格结构，大多数都是在高温状态下制备而成。
而非晶态固体物理学则是研究这种材料的物理性质和相关应用的学科。
第二步：制备方法目前，在制备非晶态材料方面，主要使用的是快速冷却技术。
其核心思想是将高温合金明显过冷却到玻璃态，如此可以使材料的制备工艺不受约束，并将许多性质调制成很宽的范畴。
快速冷却即是通过超过数十万度每秒的速率将材料从液态快速冷却到固态。
这种制备方式的优点是可以制备出具有复杂原子结构的非晶材料，并且可以得到很高的玻璃形态。
第三步：性质研究非晶态固体物理学的核心之一是探究非晶态材料与其它材料之间的相互作用。
非晶态固体的物理性质主要表现在两个方面：第一，非晶态固体的各向异性性质较差，这使得它在接触中其他物质时具有良好的适应性，减少了晶体材料表面上的晶行导致的断口；第二，非晶态固体的强度和塑性特性均较高，使其在工程材料中具有广泛的应用前景。
第四步：应用领域除了了解非晶态固体的基础物理特性之外，它还有许多重要的应用领域。
其中之一是聚类基础的功能性玻璃，可以应用在光电子设备、传感器、存储器，以及生物医药等领域。
此外，非晶态固体还被广泛应用于意大利NASA天主教大学等地的研究中，以探究类似恒星形成、物质相互作用及类似气溶胶的物理过程。
总之，非晶态固体物理学是一个广泛而有趣的领域，涉及到多个方面的理论和实践知识。
十分值得科研工作者和材料科学家去探究和挖掘。
材料物理学中的非晶态材料
材料物理学中的非晶态材料随着科技的发展，人们对材料的要求也越来越高，不仅需要材料具备好的物理性能和化学性能，还需要材料能够适应更多的应用场景。
在这些对材料要求越来越高的情况下，非晶态材料应运而生。
非晶态材料是一种介于晶态和液态之间的材料，具有独特的物理性质和化学性质。
非晶态材料是如何形成的？非晶态材料是如何形成的？对此，科学家进行了深入的探究。
首先，晶态材料是由原子或离子按照一定的规则排列而成的，而非晶态材料则是由原子或离子不规则地排列而成的，可以将其看作是一个三维的镜子迷宫。
这种不规则排列的原子或离子之间的距离和角度是随意的，因此，在非晶态材料中，不会出现六角形或立方体等对称的晶体结构，而是出现了非常多的不规则共面和非周期性行为。
接下来还有一个问题：为什么会出现非晶态材料呢？其实，晶体材料和非晶态材料都是由原子或离子构成的，只不过晶体材料中原子或离子有着相同的排列方式，于是它们就能够组成一个有序的晶体结构；而非晶态材料中，原子或离子的排列方式为无序状态，这使得原子或离子相互之间缺乏了规则性的空间限制，使其能够随着温度或压力的变化而自由运动和重排，形成连续的非晶态材料。
非晶态材料的性质及应用现在，我们已经了解了非晶态材料的形成过程，接着，我们来看一下非晶态材料具有哪些独特的物理性质和化学性质，以及它是如何得到广泛应用的。
非晶态材料最明显的特征就是它的硬度、击穿强度和模量都比晶态材料高。
这是因为，非晶态材料表面周围的原子或离子是随机排列的，使得其表面更加平滑，从而提高硬度和延展性。
非晶态材料同时还具有优异的导电和导热性能，这一点使得非晶态材料可以在电子工业和铁磁材料领域得到广泛应用。
此外，非晶态材料的化学稳定性也非常高，这一点使得它在制备各种化学材料时更具可塑性。
例如，在医学领域，非晶态材料可以作为骨移植的基础，还可以作为电子元器件、金属或塑料表面涂层以及飞行器材料中的耐热材料等，得到广泛的应用。
非晶态材料的研究进展
非晶态材料的研究进展第一章：引言随着科技的不断发展，材料科学的研究也日益深入。
材料的结构、性质和应用一直是材料科学研究的重点，而非晶态材料作为材料科学的一大分支，则一直备受关注。
本文将着重介绍非晶态材料的研究进展。
第二章：非晶态材料的定义和特点非晶态材料指的是没有长程有序结构的固体材料，也称为无定形或玻璃态材料。
非晶态材料与晶态材料最大的不同在于其结构的无定形性，不存在晶格或晶面，各个原子之间的间距和排列方式是随机的。
由于其结构的无定形性，非晶态材料在热学、光学、力学等方面具有独特的特点，例如：低熔点、高软化温度、高强度、高弹性模量等。
第三章：非晶态材料的制备方法目前制备非晶态材料的方法主要有：快速凝固法、气相沉积法、物理气相沉积法、溅射法等。
其中最主要的方法是快速凝固法，该方法通过快速凝固材料来制备出非晶态材料。
快速凝固主要有下列几种方法：单轴铸造、冷却速度快的各种液态金属加热坩埚中快速凝固、短时高压固化等。
第四章：非晶态材料的应用非晶态材料具有独特的结构和性质，因此其应用领域广泛，人们在能源、储能、生物医学、信息等领域中发现了其良好的应用前景。
在能源领域中，非晶态材料的电导率和热导率高，因此被广泛应用于太阳能电池、燃料电池、锂离子电池等器件中。
在生物医学方面，非晶态材料被广泛应用于口腔医学、生物医学成像等领域。
在信息方面，非晶态材料是制备存储介质的主要基础材料之一，可应用于硬盘、光盘、高密度随机存取存储器等存储器件中。
第五章：非晶态材料的挑战和发展方向非晶态材料在应用中还存在着一些挑战，如制备难度大、合金成分设计难度大、失稳问题等。
未来，非晶态材料的发展方向主要包括以下几个方面：一是新型非晶态合金的设计，进一步提高非晶态材料的性能。
二是材料计算设计方法的发展，提高非晶态材料的制备效率和准确率。
三是非晶态材料的应用领域不断拓宽，如寻找更多高端领域的应用场景，以满足科技和市场的需求。
第六章：总结非晶态材料因其特有的结构和性质，被广泛地应用于各个领域，并具有广阔的发展前景。
非晶态材料物理特性的研究
非晶态材料物理特性的研究非晶态材料是一类材料，在固态物理研究领域中备受关注。
相对于晶体材料，它们具有高度的不规则性和无序性，从而赋予了它们多种独特的物理特性。
近年来，非晶态材料的研究已成为一项备受瞩目的热点领域。
本文就非晶态材料的物理特性研究进行探讨。
一、非晶态材料的概念非晶态材料，也叫做非晶合金，是指具有无序和无晶格结构的材料。
它与晶体材料不同，晶体材料拥有规则的晶格结构，每个原子都定位于确定的晶格位置上。
而非晶态材料的原子则没有规则的有序排列，仅仅是随意的构成了材料的结构。
由于其特殊的无序结构，非晶态材料在物理性质上与晶体材料有着截然不同的表现。
二、非晶态材料的物理性质1. 热稳定性由于无序性的特殊结构，非晶态材料在高温下也能保持结构和性能的原样，并不会像晶体材料那样在高温作用下发生相变。
这种性质使得非晶合金具有更广泛的应用前景。
2. 弹性和硬度非晶态材料的硬度和弹性也较高。
由于没有规则的晶格结构，原子之间的相互作用难以产生缺陷，使得非晶态材料具有良好的机械性能表现。
3. 电学性质非晶态材料也具有一些非常独特的电学性质。
由于使用合适的原材料可以使非晶态材料中的导电率与铜相当，使得非晶态材料在电气工程上也有着非常广泛的应用。
4. 光学性质非晶态材料在光学性质上也表现出独特的特点。
与晶体材料的产生衍射不同，非晶态材料的原子之间的相互作用引起光的色散，从而表现出更为微妙的光学性质。
三、非晶态材料的制备方法目前对于非晶态材料的制备主要采用三种方法：快速凝固法、物理气相沉积法和溶液法。
1. 快速凝固法快速凝固法是目前应用最广的非晶态材料制备法。
它的原理是快速冷却材料，从而制造出无晶格结构的非晶态材料。
实际操作过程通常通过剪切液体金属，产生一定的微观应变，并在很短时间内将其快速冷却以产生非晶态材料。
2. 物理气相沉积法物理气相沉积法是另外一种非晶态材料制备法。
通过真空蒸发，将金属气体沉积在表面上形成无晶格结构材料。
非晶态物理基础
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晶体
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其一，非晶态固体中原子的取向和位置不具有长 0010 1010 1101 0001 0100 1011
1、结构长程无序 2、短程有序
3、与熔体结构有质的差别
4、宏观均匀、各向同性（宏观） 5、结构的亚稳性
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从热力学观点看，非晶态固体形成后属亚稳态， 非晶态是亚稳相，亚稳相容易在外界条件影响下 发生微观结构的各种变化，如产生结构弛豫、相 分离及非晶态晶化等。这些结构上的变化必然引 起性能的改变。 例如非晶态的结构弛豫过程，以及由亚稳态向晶 态的转化，都会影响材料的稳定性和使用寿命。 因此，对任何有应用价值的非晶态材料，都必须 研究其稳定性。
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组成物质的原子、分子的空间排列不呈现周 期性和平移对称性，晶体的长程有序受到破 坏，只是由于原子间的相互关联作用，使其 在小范围(约10~20Å)内，仍然保持着形貌和组 分的某些有序的特征，具有短程有序，并且 在热力学上出现亚稳性。人们把这样一类特 殊的物质状态统称为非晶态。
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非晶态
谢谢观看
非晶态
固态物质原子的排列所具有的近程有序、长程无序的状态
目录
01 的形成
03 结构的表征
02 转变 04 合金
基本信息
非晶态，是指固态物质原子的排列所具有的近程有序、长程无序的状态。对晶体，原子在空间按一定规律作 周期性排列，是高度有序的结构，这种有序结构原则上不受空间区域的限制，故晶体的有序结构称为长程有序。 具有长程有序特点的晶体，宏观上常表现为物理性质（力学的、热学的、电磁学的和光学的）随方向而变，称为 各向异性，熔解时有一定的熔解温度并吸收熔解潜热。
下面描绘了气体、液体、非晶体和晶体典型的径向分布函数RDF图。气体分子完全无序，因此当R>R0时，其 g（R）恒等于1；液体与非晶体的RDF类似，它们都是长程无序而短程有序的，但液体的RDF的峰值明显降低，峰 宽展宽，曲线更加平滑，缺乏非晶体的某些细节。而晶体的RDF为很窄的峰，表明晶体中原子的有序排列。
图1不同状态时材料性能随温度的变化非晶态可由气相、液相快冷形成，也可在固态直接形成（如离子注入、 高能离子轰击、高能球磨、电化学或化学沉积、固相反应等）。
普通玻璃的形成方法，是将原料经过高温熔融形成熔体，然后将熔体进行过冷（急冷）固化变为玻璃体。一 般的冷却速度无法将金属和合金熔体转化为非晶态，必须采用特殊的制备方法，冷却速度要达到极快使它来不及 结晶而形成非晶态。纯金属形成非晶态的冷却速率为1010K/s以上，合金形成非晶态的冷却速率为106K/s以上。 20世纪70年代以后，人们开始采用熔体旋淬急冷方法（Melt Spinning）制备非晶条带，即将高温熔体喷射到高 速旋转的冷却辊上，熔体以每秒百万摄氏度的速度迅速冷却，以致金属中的原子来不及重新排列，杂乱无章的结 构被冻结，这样就形成了非晶态合金。
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非晶态物理的发展
第二次世界大战后，在理论和实验方面有巨大发展的另一个重要领域是非晶态物理。
50 年代初期，正当能带理论以压倒优势向前发展的时候，一些目光敏锐的物理学家就根据实验事实向能带论提出了挑战。
能带论强调能态的延展性，用布洛赫波描述电子行为，这是由晶体结构平移对称性决定的。
而挑战者强调能态的定域性，这是物质的无序结构决定的。
研究无序体系电子态的开创性工作是安德森
(P.M.Ander?son)在
1958 年发表的一篇题为《扩散在一定的无规点阵中消失》的论文。
他首先把无规势场和电子波函数定域化联系起来，在紧束缚近似的基础上，考虑了三维无序系统。
证明当势场无序足够大时，薛定谔方程的解在空间是局域化的;给出了发生局域化的定量判据，并具体描述了定域态电子和扩展态电子的行为，为非晶态材料的电子理论奠定了重要的理论基
础。
1960 年，美国加州理工学院教授杜威兹(Duwez)等人用喷枪法获得非晶态 An?Si 合金。
这是制备非晶态金属和合金工艺上的重要突破。
1963 年，派诺考斯基
(P.Pietrokowsky)提出了活塞砧座法，用以制备非晶金属箔片。
1970 年至 1973 年，陈鹤寿等人进一步发展了可连
续浇铸和连续制备非晶态合金的双辊急冷轧制法和单滚筒离心急冷法。
1973 年，美国联合化学公司的吉尔曼
(J.J.Gilman)等人做到以每分钟两千米的高速度连续生产非晶态金属玻璃薄膜，并以商品出售。
杜威兹的研究成果不仅在金属玻璃的制备上取得了显著成就，而且开拓了非晶态金属的研究领域，大批物理学家开始研究金属玻璃的形成条件，研究金属玻璃的结构与稳定性;研究和利用金属玻璃的优异物理性质，例如高强度、软磁性、抗腐蚀性、抗辐照等性能。
下面以金属玻璃磁性的研究为例作简要说明。
早在 1960 年库柏诺夫(A.N.Gubanov)就预言非晶态材料也具有铁磁性，并用径向分布函数计算出非晶态材料的铁磁转变温度，指出非晶态铁磁材料在不少实际应用中具有晶态铁磁材料所没有的优越性能。
后来人们发现非晶软磁合金比晶态软磁合金有更优异的性能和更重要的使用价值。
目前利用非晶软磁合金制作的各类磁头在日本已进入大批量的商品生产。
1967—1969 年，在安德森局域化理论的基础上，莫特
(N.F.Mott)、科恩(M.H.Cohen)、弗里希(H.Fritzsche)和奥弗辛斯基(S.R.Ovshinsky)提出了非晶态半导体的能带模型，称为莫特?CFO 模型。
这个模型认为非晶态半导体中的势场是无规变化的，但是它的无规起伏并没有达到安德森局域化的临界值，因此电子态是部分局域化的。
即非
晶态半导体能带中的电子态可分为两类：扩展态和局域态。
模型描述了非晶态半导体的能带结构，并进一步提出迁移率边、最小金属化电导率等概念。
尽管这个模型从开始提出来就有争论，但它实际上已成为十多年来非晶态半导体电子理论的基础，对说明非晶态半导体的电学和光学性质起着重要作用。
1972 年，莫特进一步提出，禁带中央的态是来自缺陷中心，也就是来自悬挂键，它们既能作为深施主，又能作为深受主，把费米能级“钉扎”在禁带中央。
1975 年，安德森提出了负的相关能的概念，即当定域态上占有电子时可能引起晶格畸变，若由于晶格畸变降低的能量超过电子之间的库仑排斥能，就可能出现负的相关能。
此后不久，卡斯特纳(M.Kastner)等人提出了换价对的物理图象，使得人们对硫系玻璃的电子结构及其宏观性质的关系的研
究不断深入。
1975 年，被人们长期认为由于非晶半导体结构无序，存在大量缺陷态，使费米能级被钉扎，进行有效掺杂很困难的这一问题终于得到了解决。
斯皮尔(W.E.Spear)在硅烷(SiH4)辉光放电中引入硼烷(B2H6)和磷
烷(PH3)，制备出了 p 型和 n 型非晶硅，在非晶态掺杂问题上取得了重
要突破。
这一突破使得非晶半导体材料有可能象晶态半导
体材料那样制成各种具有独特性能的半导体器件，激起了对非晶态半导体研究的新高
潮。
非晶半导体应用方面目前研究最多、应用潜力最大的是非晶硅太阳能电池。
这方面的开创性工作是 1976 年美国物理学家卡尔森
(D.E.Carlson)制造了第一个非晶硅太阳能电池。
非晶硅太阳能电池的研究为世界各国所重视。
因此，制造太阳能电池的非晶硅氢合金也成为迄今为止研究得最多的非晶态半导体材料。
1977 年，莫特和安德森主要以他们在非晶态物理方面的重要贡献而获得诺贝尔物理奖。
从安德森 1958 年关于无序体系电子态的开创性工作到1976 年莫特和戴维斯合写的《非晶固体中的电子过程》一书问世;从杜威兹 1960 年用喷枪法制备出非晶合金到1976年卡尔森制造出第一个非晶硅太阳能电池，短短十几年的时间非晶态物理的研究已取得了很大的进展。
但是，无论是无序理论、非晶态的微观结构和客观性能的研究、非晶态材料的开发利用都尚处在发展阶段，其前途必然繁荣似锦。
最后让我们引用巴丁的一段话作为结束：“我们可以把固体物理学的成长比喻成一棵果树的成长。
这门科学的种子是在本世纪的初期播下的。
后来种子发芽了，随着 1926 年量子力学的问世，幼小的树木开始迅猛地成长起来。
过了
一些年，树木在长到足够成熟而能够结出果实的地步。
直到第二次世界大战以后，人们才第一次得到真正的收获。
这棵树很快地继续成长着，长出很多新的枝条，而且每年收获的成熟果实越来越多?。