四非晶态结构
非晶态材料的结构与特性
非晶态材料的结构与特性非晶态材料（Amorphous Material）是一种没有规则结构的固态材料，也常被称为玻璃态材料。
本文将从非晶态材料的定义、结构以及特性展开讨论。
一、非晶态材料的定义非晶态材料通常被描述为一种非晶态固体材料，即没有规则的晶体结构。
相对于晶体，它们的原子和分子不会排列成有序的结构，而是组成“类似液态”的结构。
非晶态材料的制备通常是通过快速冷却液态材料使其形成无序排列的状态，这一过程也被称为“淬火”。
在此过程中，材料被快速冷却，从而防止原子和分子排列成有序结构。
结果是，材料变得非常难以形成任何规律的结构。
二、非晶态结构的特点由于非晶态材料没有规则的晶体结构，因此它们具有一些独特的特点。
这些特点使得非晶态材料非常有用，但也给研究人员带来了挑战。
1. 没有长程周期性结构非晶态材料没有像晶体那样长程周期性的结构，因此在破裂时不会发生“晶体糊化”现象。
这一特点使得非晶态材料在制备过程中更加容易控制，有利于制备出更加高质量的材料。
2. 极高的硬度和脆性非晶态材料具有极高的硬度和脆性。
这是因为材料中的原子和分子没有规则排列，导致其内部应力分布不均匀。
当受到外部力或位错作用时，局部裂纹很容易在材料中扩展并导致材料断裂。
3. 自转移性质非晶态材料中原子和分子的位置是非常不稳定的，因此常常存在着自转移现象。
这一特点使得材料更容易形成高密度的点缺陷，从而影响其物理和化学特性。
4. 电子结构可调控非晶态材料具有自由度高的电子结构，可以调控其电子性质。
例如，通常通过合金化，可以控制其导电性质和磁性质。
此外，非晶态材料还可以被用作高性能的电子器件材料。
三、非晶态材料的应用非晶态材料具有独特的物理和化学特性，使得其在很多领域得到了广泛应用。
1. 电池非晶态材料制成的电池有很高的能量密度、高的充放电速率和长寿命，因此非常适合用于电动汽车、手机等移动设备。
2. 金属合金材料非晶态材料具有优良的力学性能、热稳定性和阻尼性能，可以用于制备非常坚硬和耐磨的合金材料。
非晶态固体结构特征
非晶态固体结构特征
非晶态固体（amorphous solid）是指由无规则排列的分子、离子或
原子组成的物质，其结构特征如下：
1.无明显的晶体结构：非晶固体没有周期性的晶格结构，因此缺乏晶
体的各种晶界、晶面等表面特征。
2.高度的随机性：非晶固体的分子、离子或原子之间的排列没有规则
的周期性，呈现出高度的随机性和不对称性。
3.无法通过X射线衍射得到衍射图：非晶固体的衍射图不具有明显的
衍射峰，而是呈现出一种连续的背景。
4.动态性：非晶固体的分子、离子或原子之间存在着不断的微小振动，使得其结构不停地产生变化。
5.多样性：非晶固体的结构可以相当复杂，不同的非晶固体之间存在
着巨大的结构差异。
由于非晶固体结构特征的多样性和随机性，其研究十分复杂。
但与晶
体不同的是，非晶固体具有许多优异的物理性质，例如高强度、高刚度、
低气孔率、优异的耐腐蚀性等，因此在许多应用领域中得到了广泛的应用。
《非晶态结构与性质》课件
原子或分子之间以随机方式连接形成非晶态结构。
非晶态材料的制备方法
快速凝固
通过迅速冷却高温熔融的材料来制备非晶态材料。
固态反应
通过固态反应制备非晶态材料，如溶胶-凝胶法等。
纳米材料合成
利用纳米材料的特殊性质合成非晶态材料。
非晶态材料的性质
高硬度
非晶态材料具有较高的硬度， 适用于耐磨、抗划伤的应用。
优异的韧性
非晶态材料表现出优异的韧 性，在冲击加载下具有良好 的抗碎裂能力。
低热导率
非晶态材料的低热导率使其 成为热障涂层、热电器件等 应用的理想选择。
非晶态材料的应用领域
电子器件
非晶态材料在电子器件中应用 广泛，如薄膜晶体管、存储器 件等。
医疗设备
非晶态材料在医疗设备领域具 有良好的生物相容性和机械性 能。
太阳能电池
非晶态聚合物材料可用于制备 高效、柔性的太阳能电池。
非晶态材料的前景和挑战
前景
非晶态材料在新型能源、光电子学等领域具 有广阔的应用前景。
挑战
非晶态材料的制备工艺和理论研究仍面临一 定的挑战，需要进一步深入研究。
总结
非晶态结构的定义、特征、制备方法、性质、应用领域以及前景和挑战都是非晶态材料领域中重要的研 究内容。
《非晶态结构与性质》 PPT课件
非晶态结构是指没有明确长程有序的结构，而是由无规则排是指材料中没有明确的、长程的周期性重复单元的结构。
非晶态结构的特征
1 无规则排列
原子或分子在非晶态材料中呈现无规则的排列方式。
2 无明确周期性
非晶态材料中没有明确的、长程的周期性重复单元。
非晶态材料的结构与制备技术
非晶态材料的结构与制备技术非晶态材料，也被称为玻璃态材料，是一种具有无定型结构的物质。
其原子排列无规律，没有长程有序性，与晶态材料相比，非晶态材料具有独特的性质和应用。
本文将分别从结构和制备两个方面探讨非晶态材料的相关知识。
一、非晶态材料的结构非晶态材料的结构是无序的，原子之间没有规则的排列方式。
相对于晶态材料，非晶态材料在微观层面上更加复杂，并且充满了缺陷。
但是，这种无序的结构为非晶态材料赋予了一些特殊的性质。
首先，非晶态材料的原子密度分布不均匀，这导致了其具有均匀的光学性质。
相比之下，晶态材料具有周期性的原子排列，其光学性质则具有很强的方向性。
这一特性使得非晶态材料在光学器件方面有着广泛的应用，比如光纤和太阳能电池等。
其次，非晶态材料的无序结构使其热膨胀系数较低。
晶态材料由于其周期性结构，其在温度变化时会发生体积的变化，导致热膨胀系数较高。
而非晶态材料不存在周期性结构，因此不受温度影响的程度较小。
这一特性为非晶态材料在高温环境下的应用提供了可能性，如高温陶瓷和耐火材料等。
另外，非晶态材料具有优异的力学性能。
其无序的结构使得原子之间的相互作用变得复杂，增加了材料的韧性和抗剪切能力。
这使非晶态材料成为一种理想的结构材料，用于制备坚固耐用的构件，如飞机零件和汽车零件等。
二、非晶态材料的制备技术非晶态材料的制备技术主要有几种，包括快速淬火、溅射和化学气相沉积等。
快速淬火是一种常用的非晶态材料制备技术。
通过将高温熔融的金属快速冷却，可以使其变为非晶态。
这是由于快速冷却过程中原子无法充分重新排列，形成有序结构，而保持了无定型的非晶态结构。
快速淬火技术广泛应用于非晶态合金和非晶态玻璃的制备中。
溅射也是一种常见的非晶态材料制备技术。
通过将靶材表面的原子击打出来，形成薄膜沉积在基材上。
溅射过程中的高能量撞击使得产生的薄膜具有非晶态结构。
溅射技术广泛应用于薄膜材料的制备，如导电薄膜和光学薄膜等。
化学气相沉积也可以制备非晶态材料。
无机材料科学基础第四章非晶态结构与性质
第4章非晶态构造与性质一、名词解释1．熔体与玻璃体：熔体即具有高熔点的物质的液体。
熔体快速冷却形成玻璃体。
2．聚合与解聚：聚合：各种低聚物相互作用形成高聚物解聚：高聚物分化成各种低聚物3．晶子学说与无规那么网络学说：晶子学说〔有序、对称、具有周期性的网络构造〕：1硅酸盐玻璃中含有无数的晶子2晶子的互相组成取决于玻璃的化学组成3晶子不同于一般微晶，而是带有晶体变形的有序区域，在晶子中心质点排列较有规律，远离中心那么变形程度增大4晶子分散于无定形物质中，两者没有明显界面无规那么网络学说〔无序不对称不具有周期性的网络构造〕1形成玻璃态的物质与晶体构造相类似，形成三维的空间网格构造2这种网络是离子多面体通过氧桥相连进而向三维空间规那么-4．网络形成体与网络变性体：网络形成体：能够单独形成玻璃的氧化物网络变性体：不能单独形成玻璃的氧化物5．桥氧与非桥氧：桥氧：玻璃网络中作为两个成网多面体所共有顶角的氧非桥氧：玻璃网络中只与一个成网多面体相连的氧二、填空与选择1.玻璃的通性为：各向同性、介稳性、由熔融态向玻璃态转化是可逆与渐变的，无固定熔点、由熔融态向玻璃态转化时，物理、化学性质随温度的变化连续性和物理化学性质随成分变化的连续性。
2．氧化物的键强是形成玻璃的重要条件。
根据单键强度的大小可把氧化物中的正离子分为三类：网络形成体、网络中间体和网络改变体；其单键强度数值范围分别为单键强度＞335KJ/mol、单键强度介于250~335KJ/mol 和单键强度＜250~335KJ/mol。
3．聚合物的形成可分为三个阶段，初期：石英颗粒的分化；中期：缩聚与变形；后期：在一定时间内分化与缩聚到达平衡。
4．熔体构造的特点是：近程有序、远程无序。
5．熔体是物质在液相温度以上存在的一种高能量状态，在冷却的过程中可以出现结晶化、玻璃化和分相三种不同的相变过程。
-6．在玻璃性质随温度变化的曲线上有二个特征温度Tg〔脆性温度〕和Tf 〔软化温度〕，与这二个特征温度相对应的粘度分别为1012Pa·s和108Pa·s。
第4章 非晶态结构与性质 知识点060
2．晶体的熔解热比液体的气化热小得多
Na晶体 Zn晶体 冰
熔融热 (kJ/mol) 2.51
6.70 6.03
而水的气化热为40.46kJ／mol。这说明晶体和液体内 能差别不大，质点在固体和液体中的相互作用力是接 近的。
3．固液态热容量相近
几种金属固、液态时的热容值
表明质点在液体中的热运动性质（状态）和在固体中 差别不大，基本上仍是在平衡位置附近作简谐振动。
强度 I
4. 气体-液体-玻璃-晶体的X射线衍射谱比较
气体 液体
玻璃 晶体 2θ
液体衍射峰最高点的位置与晶体相近，表明了液 体中某一质点最邻近的几个质点的排列形式与间距和晶 体中的相似。液体衍射图中的衍射峰都很宽阔，这是和 液体质点的有规则排列区域的高度分散有关。由此可以 认为，在高于熔点不太多的温度下，液体内部质点的排 列并不是象气体那样杂乱无章的，相反，却是具有某种 程度的规律性。这体现了液体结构中的近程有序和远程 无序的特征。
学习指导
4.1 熔体的结构
一、对液体的一般认识 二、硅酸盐熔体结构――聚合物理论
一、对液体结构的一般认识
知识点060. 液体的一般性状与结构
1．晶体与液体的体积密度相近
晶体熔化为液体时体积变化较小，一般不超过10％ (相当于质点间平均距离增加3％左右)；而当液体气化时， 体积要增大数百倍至数千倍(例如水增大1240倍)。
第4章 非晶态结构与性质
4.1 熔体的结构 4.2 熔体的性质 4.3 玻璃的通性 4.4 玻璃的形成
学前指导
将学习到的知识点：
知识点060. 液体的一般性状与结构 知识点061. 硅酸盐熔体的聚合物结构理论 知识点062. 熔体的粘度及变化 知识点063. 熔体的表面张力及变化 知识点064. 玻璃的通性、玻璃的形成与转变 知识点065.玻璃形成的条件 知识点066. 玻璃的结构理论
第四章-非晶态结构与性质
b.VFT公式（Vogel－Fulcher－Tammann公式） （自由体积理论）
lg A B
T T0
式中 A、B、T0――均是与熔体组成有关的常数。
c. 特征温度（过剩熵理论）
某些熔体的粘度－温度曲线
c1ea..0.变操应10.5形作变Pa点点点·s:的::粘粘温度粘度度相度相，当相当是于当于指1于0变1４0～形 1×开041始P0a1温·3sP时度a·的，s的温对温度应度，于，是热在玻膨该璃胀温成曲度形， 的粘线温性上度流最。动高事点实温上度不，复又存称在为，膨 f玻胀.成璃软形在化温该点度温。范度围退: 粘火度时相不当能于除 1成去d于0.3形4其L～.i5操t应1×t0e作力7l1eP0与t。ao6·Pn成sa软的·形s化温的时点度温能:。度粘保指，度持准它相制备是当品 形b用.状退0.所火55对点～应（0.7的T5gm的）m温: 直度粘径范度，围相2。3当cm 于长g.熔1的0化1玻2 温P璃a度纤·s的:维粘温在度度特相，制当是炉于消中10除以Pa·s 的玻５温℃璃度／中。m应在i力n速此的率温上加度限热下温，，度在玻，自璃也重能 以液称下的一的为达温般澄玻到度要清璃每。求、转分的均变 钟速化温伸度得度长熔以。一化完毫。成米玻。时璃
（4）高价金属氧化物
a. 网络形成氧化物（网络形成体）
SiO2、P2O5、B2O3等，他们的特点时正离子半径 高小，电价高，与 氧形成混合键，能单独形成玻 璃。（硅酸盐、磷酸盐、硼酸盐玻璃）
b.网络中间体氧化物
Al2O3 当石英玻璃中不仅混入Na2O氧化物，还混有
Al2O3时，成为钠铝硅酸盐玻璃，，当Al2O3/ Na2O≤1时， Al2O3作为网络形成氧化物，起到补 网的作用。 Al2O3/ Na2O＞1时， Al2O3作为网络 修改氧化物，起到断网的作用。
非晶态材料的结构与性能探究
非晶态材料的结构与性能探究近年来，非晶态材料作为一种新兴材料备受关注。
与晶态材料不同，非晶态材料的结构不具有周期性，而是表现为无规则的、无序的结构。
这种结构带来了与晶体材料不同的性质和应用，因此受到了广泛的研究和开发。
一、非晶态材料的结构非晶态材料的结构通常表现为一定的有序性和无序性的组合。
一般来说，非晶态材料的结构分为两类：1.原子堆积紧密的非晶态材料：这类材料的原子结构呈现出紧密堆积的形态，没有确定的周期性结构。
这类材料的结构可以由镁铝合金、玻璃等材料作为代表。
2.中空或空心结构非晶态材料：这类材料的结构在空间中呈现出一定的规则凝聚，但仍然不具备周期性结构。
这类材料的结构可以由层状硅氧烷、微孔硅等材料为代表。
非晶态材料的结构往往存在于一定范围内的姿态变化，例如KHJZ-A型非晶态结构材料就存在于Fe-Ni-B-Si-P-Cu等合金中，这种结构的变化对材料的性质变化也有重要影响。
二、非晶态材料的性能与晶态材料相比，非晶态材料有着明显的差异和优势。
一般来讲，非晶态材料的性能可以分为以下三个方面：1. 高强度、高韧性：由于非晶态材料的原子结构呈现出紧密堆积的形态，材料的强度会相对比较高。
而且由于非晶态材料的结构没有一个确定的周期性，这种结构会增加材料的韧性，降低材料的脆性。
2.良好的耐腐蚀和耐磨性：由于非晶态材料的结构较为致密，所以具有良好的耐腐蚀性能和耐磨性能。
这种性能使得非晶态材料在一些特殊的条件下能够发挥出更为优秀的性能和应用。
3.磁性、光学和导电性能：非晶态材料在磁性、光学和导电性能等方面也有自身独特的性能。
例如，FeCoNiCuZrP非晶态合金可以用作高频磁芯，Ni-Co-Cu-Zr剪应力结构材料可以用于高强度电缆。
三、非晶态材料的应用非晶态材料多用于一些特定领域的应用。
以下几个方面是其较为常见的应用：1.氢气储存：非晶态材料作为一种储氢材料存在着明显的优势。
非晶态材料的学问结构对于氢气的储存具有较大的增益。
《非晶物质常规物质第四态》笔记
《非晶物质常规物质第四态》阅读札记目录一、内容概要 (2)1. 非晶物质的定义与特性 (2)2. 常规物质与第四态的区别 (3)二、非晶物质的形成与结构 (4)1. 非晶形成的条件与过程 (5)2. 非晶材料的微观结构特点 (6)三、非晶物质的物理性质 (7)1. 热学性质 (8)2. 电学性质 (9)3. 光学性质 (10)四、非晶材料的应用 (11)1. 电子行业 (12)2. 能源领域 (13)3. 其他领域的应用 (15)五、非晶物质的研究与发展趋势 (16)1. 研究进展 (17)2. 发展前景 (19)六、结语 (20)1. 对非晶物质第四态的总结 (21)2. 对未来研究的展望 (22)一、内容概要由于《非晶物质常规物质第四态》并非一个公认的物理学概念或已发表的文献，我无法提供该标题的具体阅读札记。
在物理学中，我们通常讨论的是物质的固态、液态和气态，这些是一般意义上的“三态”。
非晶物质（amorphous substances）通常指的是无定形固体，它们在结构上缺乏长程有序性，但这并不构成一种独立的物质状态，而是更接近于液态的亚稳态。
1. 非晶物质的定义与特性又称为无定形物质，是一类具有规则结构和周期性的固体材料。
与晶体不同，非晶物质在微观结构上没有明显的晶格排列，因此其原子或分子之间的相互作用较弱。
这使得非晶物质具有许多独特的性质和应用领域。
非晶物质的力学性质也具有独特性，由于非晶结构中原子或分子之间的相互作用较弱，因此非晶物质在受力时容易发生塑性变形。
这种塑性变形往往是不连续的，即在某些区域会发生断裂，而在其他区域则保持完整性。
这种特殊的力学性质使得非晶物质在工程领域具有广泛的应用前景，如制造高强度、低密度的结构材料等。
非晶物质的光学性质也具有一定的特点，由于非晶结构中原子或分子之间的相互作用较弱，因此非晶物质对光的散射和折射表现出与晶体不同的规律。
这使得非晶物质在光学传感、激光技术等领域具有潜在的应用价值。
非晶态材料的结构与性能研究
非晶态材料的结构与性能研究一、引言非晶态材料作为一种具有无序结构的材料，近年来受到了广泛的关注和研究。
非晶态材料具有许多优异的性能，例如高强度、高韧性和优良的耐腐蚀性。
本文旨在探讨非晶态材料的结构和性能的相关研究。
二、非晶态材料的结构非晶态材料是指没有长程有序结构的材料。
与晶态材料不同，非晶态材料的原子或分子排列呈现出无规则的、无周期性的结构。
这种无序结构是由于非晶态材料在制备过程中快速凝固，没有足够的时间让原子或分子按照固定的顺序排列。
然而，非晶态材料仍然具有一些局部有序结构。
例如，堆垛有序和中程有序结构可以在非晶态材料中观察到。
这些有序结构呈现出周期性，但范围较短，无法延伸到整个材料体积。
三、非晶态材料的性能1. 高强度和高韧性：非晶态材料具有非常高的强度和韧性。
由于其无固定的晶格结构，非晶态材料的原子或分子之间的相互作用更为均匀，无缺陷的晶格边界也不会对力学性能产生负面影响。
2. 优良的耐腐蚀性：由于非晶态材料的无序结构，其表面没有晶体的缺陷，因此非晶态材料具有很好的耐腐蚀性。
此外，非晶态材料的原子或分子之间的相互作用更均匀，也降低了与化学物质的反应。
3. 低温变形能力：相较于晶态材料，非晶态材料在低温下更容易形变。
由于缺乏晶界结构，非晶态材料具有更广阔的变形温度范围和更高的塑性。
四、非晶态材料的制备方法非晶态材料可以通过多种方法制备，常见的方法包括物理气相沉积、溶胶-凝胶法和快速冷却法。
1. 物理气相沉积：这种方法通过在气体氛围中将原子蒸发或溅射到基底上，通过凝结过程使其形成非晶态结构。
这种方法可以实现高度定制的薄膜制备。
2. 溶胶-凝胶法：通过将溶液中的原子或分子转变成凝聚态来制备非晶态材料。
这种方法适用于块状材料和薄膜的制备。
3. 快速冷却法：通过快速冷却原子或分子以阻止其有序排列，从而形成非晶态结构。
这种方法可以制备出具有良好非晶态结构的块状材料。
五、非晶态材料的应用非晶态材料由于其独特的结构和优异的性能，在多个领域有着广泛的应用。
非晶态材料的结构与性质
非晶态材料的结构与性质非晶态材料，又称无定形材料或非晶材料。
与晶态材料不同，它们没有经过晶化，也就是说它们的分子没有像晶体一样有序排列。
这些化合物往往是由由金属、半导体或塑料构成的合金或陶瓷，有着非常特殊的性质。
本文将探讨非晶态材料的结构与性质，并探索其在现代工业中的应用。
一、非晶态材料的结构非晶态材料的结构比较难以描述，因为它们不是经过晶体结构有序排列的。
与之对应的，相对应于晶格的是非定向的、无规则的玻璃态；相对于晶体中的原子位置周期性排列，非晶体中的原子位置则是凌乱无序的。
在晶体中，原子的排列是周期性、有序的，而在非晶质中，在几近无序的背景下，原子与原子之间只有短程有序，也就是说，原子之间的距离与平均含量是变化无常且不依赖于空间位置的。
非晶态材料也可以看成是一个微小晶体组成的复合材料，不同晶粒的尺寸从几十Å到几百Å不等，而每个晶粒内的原子则分布得比晶体中原子分布更为凌乱。
二、非晶态材料的性质相比于晶态材料，在非晶态材料中，由于没有晶格，材料的物理性质更加复杂与难以描述。
以下将会介绍几个典型的非晶态材料的性质：1. 坚硬度高：许多非晶态金属材料的硬度都非常高，高达1500-1600HM，相比之下，很多晶体金属材料都只有100-600HM的硬度。
2. 形状记忆效应强：非晶态合金在各种情况下都有优秀的形态回复和形状记忆效应，这让它们在制造高弹性元器件时更加适用。
3. 震动阻尼性能强：非晶态合金的震动阻尼性能非常高，可以有效地抑制振动响应，这对于航空航天等领域有着十分广泛的应用。
4. 导电性能优异：非晶态的金属材料也有一些优秀的导电性能，可以作为微电子元器件的制造材料。
三、非晶态材料的应用除了上述提到的性质外，非晶态材料还具有较好的抗腐蚀性、抗疲劳性能和良好的潜变行为。
因此，非晶态材料在现代工业中的应用越来越广泛。
以下是几种常见的应用：1. 磁存储材料：非晶态磁性材料是计算机、电子元器件及储存介质等高科技产品中必不可少的基础材料。
薄膜的缺陷
薄膜的组织结构是指它的结晶形态．分为四种类型；非晶态结构、多品结构、纤维结构和单晶结构。
(1)非晶态结构。
从原子排列情况来看它是一种近程有序结沟，只有少数原子排列是有秩序的，显示不出任何晶体的性质，这种结构称为非晶结构或玻璃态结构。
形成非晶薄膜的工艺条件是降低吸附原子的表面扩散速率。
可以通过降低基体温度、引入反应气体和掺杂的方法实现上述条件。
(2)多晶结构。
多晶结构薄膜是由若干尺寸大小不等的晶粒所组成。
在薄膜形成过程中生成的小岛就具有晶体的特征(原子有规则的排列)。
由众多小岛聚结形成的薄膜就是多晶薄膜。
用真空蒸发法或阴极溅射法制成的薄膜，都是通过岛状结构生长起来的，所以必然产生许多晶粒间界，形成多晶结构。
(3)纤维结构。
纤维结构薄膜是晶粒具有择优取向的薄膜，根据取向方向、数量的不同分为单重纤维结构和双重纤维结构。
前者是各晶粒只在一个力向上择优取向，后者则在两个方向上有择优取向。
有时前者称为一维取向薄膜，后者称为二维取向薄膜。
沿C轴择优取向AlN膜的结构在玻璃基体上的的A1N压电薄膜是纤维结构薄膜的典型代表。
生长在薄膜中晶粒的择优取向可发生在薄膜生长的各个阶段：初始成核阶段、小岛聚结阶段和最后阶段。
若吸附原子在基体表面上有较高的扩散速率，晶粒的择优取向可发今年薄膜形成的初期阶段。
在起始层中原了排列取决于基体表面、基体温度、晶体结构、原子半径和薄膜材料的熔点。
如果吸附原于的表面扩散速率较小，初始膜层不会产生择优取向，当膜层层较厚时则形成强烈的对着蒸发源方向的取向。
晶粒向蒸发源的倾斜程度依赖于基体温度、气相原于入射角度和沉积速率等。
(4)单晶结构。
单晶结构薄膜通常是用外延工艺制造的。
外延生长的第一个基本条件是吸附原子必须有较高的表面扩散速率．所以基体温度和沉积速率就相当重要。
在一定的蒸发速率条件下，大多数基体和薄膜之间都存在着发生外延生长的最低温度，即外延生长温度。
第二个基本条件是基体与薄膜材料的结晶相溶性。
非晶态材料的结构和性质
非晶态材料的结构和性质从古至今，材料科学一直是人类探究物质本质的重要领域。
而随着科技的不断发展，新型材料的研究和应用也是越来越引人瞩目。
其中，非晶态材料因其独特的结构和性质，备受关注。
本文将对非晶态材料的结构和性质进行分析和探讨。
一、非晶态材料的结构首先，我们来了解什么是非晶态材料。
非晶态材料又称为无定形材料，其最主要的特点就是缺乏结晶。
在结晶的材料中，原子或分子以一定的规律排列成晶体结构。
而在非晶态材料中，这些原子或分子呈现出一种无序的排列状态，这是它独特的结构。
具体来说，在非晶态材料中，原子或分子的排列呈现出类似于液体的状态，缺乏长程的周期性结构。
而这种无序排列的状态，正是非晶态材料独特性质的基础。
二、非晶态材料的性质在结晶材料中，晶格结构的确定和相互作用的复杂性对材料的性质有着至关重要的影响。
而非晶态材料的缺乏结晶，则意味着其物理和化学性质可能完全不同于晶体材料。
2.1 高硬度和强韧性首先，非晶态材料的高硬度和强韧性是其独特性质之一。
比如非晶态金属材料可以达到毫米级别的高弹性模量和高硬度，而且材料强度在拉伸时无明显脆性断裂的现象。
这些高机械性能是结晶材料所不具备的。
2.2 超强的抗腐蚀性其次，非晶态材料还具有超强的抗腐蚀性能。
比如很多非晶态合金材料可以在极端环境下，如酸和碱的腐蚀、高温和高压下长时间稳定存在，而且具有很高的耐腐蚀性。
这地取代了传统的耐腐蚀材料，如不锈钢和钛合金等。
2.3 特殊的磁性非晶态材料还具有独特的磁性。
比如费米面附近的能级密度很高，使得非晶态磁性材料可以达到很高的饱和磁化强度和低的磁晶各向异性，使其可用于磁性传感和数据存储设备等领域。
三、非晶态材料的应用由于非晶态材料的独特结构和性质，其应用范围也相当广泛。
3.1 军事领域在军事领域中，非晶态材料主要应用在弹头、装甲材料和悬挂设计等领域。
比如非晶态合金材料可以极大地提高弹头的穿透能力，使其能够有效打击敌方装甲车辆。
3.2 磁性领域在磁性领域中，非晶态材料主要应用于磁性传感器、磁存储器、电机和变压器等设备。
晶态结构、非晶态结构、取向态结构、液晶态结构
晶态结构、非晶态结构、取向态结构、液晶
态结构
晶态结构是指物质中的原子、离子或分子，在空间中按照规律有
序排列的结构。
一般有周期性的、有序的结构，并且具有明确的晶格
常数、晶面等特征。
晶体结构可以被描述为晶胞（最小重复单元）和
晶格的集合。
在晶胞中，原子、离子或分子的排列方式可以使它们在
整个晶体中重复出现，形成一定的对称性。
非晶态结构倒是与晶态结构相反，它是没有严格有序排列的，也
没有明确的晶格常数和晶面等特征结构。
非晶态结构是指物质中的原子、离子或分子没有任何规则的排列方式，而且中心的对称性很低。
非晶态结构的物体通常呈无定型，没有明显的形状和边缘。
取向态结构是晶体本身的晶格结构外，还呈现出一定的取向现象，即在某一方向具有较好的结晶性。
这是由于物质在晶体生长过程中受
到的外界条件或内部因素引起的。
取向态结构可以用晶体的方向或者
晶面的方向来描述。
液晶态结构是介于晶态结构和非晶态结构之间的结构。
它同时具有了晶态和非晶态的一些性质。
液晶分为立方液晶和各向异性液晶。
立方液晶，也叫同像液晶，具有等方性，不受取向的影响。
而各向异性液晶则能受到外部电场或电磁波的作用，不同方向上的分子排列方式也不相同。
总结而言，晶态是有序排列的结构，非晶态是没有规则排列的结构，取向态是有取向性的结构，而液晶态则介于晶态和非晶态之间，同时具有某些性质。
不同的结构类型在不同的领域应用广泛，例如晶态结构可用于电子学领域的器件制造，而液晶态结构则适用于显示技术等领域。
第四章非晶态结构与性质
第四章非晶态结构与性质内容提要熔体和玻璃体是物质另外两种聚集状态。
相对于晶体而言，熔体和玻璃体中质点排列具有不规则性，至少在长距离范围结构具有无序性，因此，这类材料属于非晶态材料。
从认识论角度看，本章将从晶体中质点的周期性规则形排列过渡到质点微观排列的非周期性、非规则性来认识非晶态材料的结构和性质。
熔体特指加热到较高温度才能液化的物质的液体，即较高熔点物质的液体。
熔体快速冷却则变成玻璃体。
因此，熔体和玻璃体是相互联系、性质相近的两种聚集状态，这两种聚集状态的研究对理解无机材料的形成和性质有着重要的作用。
传统玻璃的整个生产过程就是熔体和玻璃体的转化过程。
在其他无机材料（如陶瓷、耐火材料、水泥等）的生产过程中一般也都会出现一定数量的高温熔融相，常温下以玻璃相存在于各晶相之间，其含量及性质对这些材料的形成过程及制品性能都有重要影响。
如水泥行业，高温液相的性质（如粘度、表面张力）常常决定水泥烧成的难易程度和质量好坏。
陶瓷和耐火材料行业，它通常是强度和美观的有机结合，有时希望有较多的熔融相，而有时又希望熔融相含量较少，而更重要的是希望能控制熔体的粘度及表面张力等性质。
所有这些愿望，都必须在充分认识熔体结构和性质及其结构与性质之间的关系之后才能实现。
本章主要介绍熔体的结构及性质，玻璃的通性、玻璃的形成、玻璃的结构理论以及典型玻璃类型等内容，这些基本知识对控制无机材料的制造过程和改善无机材料性能具有重要的意义。
4.1 熔体的结构一、对熔体的一般认识自然界中，物质通常以气态、液态和固态三种聚集状态存在。
这些物质状态在空间的有限部分则称为气体、液体和固体。
固体又分为晶体和非晶体两种形式。
晶体的结构特点是质点在三维空间作规则排列，即远程有序；非晶体包括用熔体过冷而得到的传统玻璃和用非熔融法（如气相沉积、真空蒸发和溅射、离子注入等）所获得的新型玻璃，也称无定形体，其结构特点是近程有序，远程无序。
习惯上把高熔点物质的液体称为熔体（指熔点温度以上，具有一定流动性的液体），所以对于硅酸盐来说，它的液体一般称之为熔体。
非晶态材料的结构与性能
非晶态材料的结构与性能随着科技的发展，各种新材料相继问世。
在其中，非晶态材料作为一种成长迅速的新材料，备受瞩目。
非晶态材料和晶体材料相比有很多优点，例如它们可以在更广阔的温度和压力范围内应用，更具有强韧性和可塑性等等。
那么，非晶态材料的结构和性能究竟是如何的呢？一、非晶态材料的结构非晶态材料没有明显的晶体结构，因此不遵循布拉格定律。
它们的原子排列比较混乱，而且在不同的尺度上都没有规则性。
这种结构使得非晶态材料具有高度的均质性，使其性能更加稳定可靠。
对于非晶态材料，其结构中存在的缺陷和杂质对其性质影响会相对较小，而同种材料之间的性质差异较大，这给材料定量研究和开发带来了很大的挑战。
二、非晶态材料的性能非晶态材料的最大特点是其在不同条件下表现出相似甚至相同的性质，因此具有广泛的应用前景。
1.高强度和韧性由于非晶态材料的结构不规则且高度均匀，使其表现出比晶态材料更高的强度和韧性。
这是由于不规则结构造成了原子之间更高的连接性，离子之间更紧密的排列，因此能够更抗拉，更不容易破坏。
2.高温下的稳定性非晶态材料在高温下具有很高的稳定性。
它们可作为制备高温耐用材料的发展方向。
该材料具有化学稳定性，耐腐蚀性和热应力等性质，可以应用于各种高温工业炉。
3.优越的磁性能非晶态材料还具有优越的磁性能。
其由于多种原子之间的交互作用而表现出特殊的磁滞回线和剩磁效应，在工业制造中应用非常广泛，如用作电动机的电路铁芯，音频转盘控制等等。
4.优异的光学性质非晶态材料的光学性质也非常优异。
这是由于这些材料的非晶态结构使得光线的传导更加稳定，而能够反射更多的光线。
迄今，非晶态材料已应用于电器元件、计算机记录材料、接头导体、悬浮液晶等领域中，其发展前景广阔。
总之，非晶态材料的结构和性质十分独特，其重要意义和深远发展前景值得期待。
未来，研究人员将进一步研究该材料的性质，以提高其应用价值，推动相关工业的快速发展。
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备注
根据玻璃丝受力作用的伸长速度来确 定
利用细铂丝悬挂的转筒浸在熔体内转 动，悬丝受熔体粘度的阻力作用扭成 一定角度，根据扭转角的大小确定粘 度
测定铂球在熔体中下落速度求出（根 据Stokes原理）
利用铂摆在熔体中振荡时，振幅受阻 滞逐渐衰减的原理测定
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变弱，导致分化。因此，石英熔体就为聚合度
不等的低聚物和“三维晶格碎片”构成，其数
量与熔体的总组成和温度有关。
分化的过程同时还可能缩聚，放出Na2O。 形成层状、链状、组群状、岛状的阴离子团结
构。
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聚合物理论具体描述：
Log η(η:P)
2
1
0
0
10
20
30 40
50
金属氧化物（mol%）
图4－10 网络改变剂氧化物对熔融石英粘度的影响
□=Li2O-SiO2 1400℃ ；○＝K2O-SiO2 1600℃；△=BaO-SiO2 1700℃
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C、特征温度 特定粘度的温度，用来反
映不同玻璃熔体的性质差异。
c1度对高软d4它0长1玻f当度成所于温eg.４在事璃能b粘的中也...00成a..57.应点化是的璃于。形1，对度变.软.14熔退操×实在度温应称该除应5×0形P0于温点用玻成指时1是应下形～m1化P化a1火作上该相度力为温去变0温0·a0热度。璃形准能指的，点1ms点3温0点点1不 温 当 ， 的 玻度 其·6点度～0时s3.P膨 ， 纤 的 备 保变 的 玻:直:5P度的1粘（:于复 度 是 上 璃， 应粘:a范1的0粘5a粘胀 又 维 温 成 持形 温 璃径.·:0温5度T1存 退 消 限 转粘 力·～s度粘围温Ps度7g度的曲 称 在 度 形 制开 度 能0，的度P相a在 火 除 温 变性 。相度）:1度相a·相温线 为 特 。 操 品始 范 以22粘温s。当， 时 玻 度 温流当·相:，3的P当s当度上 膨 制 作 形温 围 一度度在的c于a玻 不 璃 ， 度动于当是温于m于，·最 胀 炉 与 状度 。 般相，此s温。，
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熔体：物质加热到较高温度 才能液化的物质的液体。
玻璃体：熔体经快速冷却则 变成玻璃体。
它们是相互联系、性质相近 的两种聚集状态。
用能量曲线可以形象地描述 这类固体材料结构的有序性。
一些传统材料及一些新型材 料（玻璃态碳、金属玻璃－金属 蒸汽在低温基底上凝结－研究其 超导性能）均存在非晶态物质。
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强度 I
气体 熔体
玻璃
晶体
sinθ λ
图4－1 不同聚集状态物质的X射线衍射强度 随入射角度变化的分布曲线
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液体是固体和气体的中间相，液体结构在 气化点和凝固点之间变化，在高温（接近气化 点）时与气体接近，在稍高于熔点时与晶体接 近。
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（1）粘度－温度的关系
A、弗伦格尔公式(绝对速度理论)
要点：由于熔体质点都处在相邻质点的键力作用 之下，即每个质点均落在一定大小的位垒 Δu之间。因此要使质点移动，就得使它 们具有克服此位垒的足够能量。具高于位 垒能量的质点为活化质点。若这种活化质 点数目越多，则流动性就愈大。
中要以求５的速℃度／熔mi化n速。率玻加璃
热液，的在澄自清重 、下 均达 化到 得每 以分 完
钟成伸。长一毫米时的温度。
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玻璃粘度随温度变化的速率称为料性。相 同粘度变化范围内，所对应的温度变化范围大， 称为料性长。反之，为料性短。
Ｒ2+降低粘度的次序是Ba2+＞Sr2+＞Ca2+＞Ｍg2+
CaO(掺量较少时)、ZnO具有缩短料性的作 用。
是指玻璃随温度变化时粘度的变化速率。 材料科学基础（Fundamentals of Materials Science）
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100
Si
η（P）
80
60
Mg
Zn
40
Ni Ca Mn
Cu
Ca Sr
Ba
Cd
Pb
20
0
0.50
1.00
1.50
图4－13 二价阳离子对硅酸盐熔体粘度的影响
C、高价金属氧化物
倾向于增大粘度。Al2O3影响复杂。
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D、阳离子配位数-硼反常现象
Lg η(η:P)
15 14
式中：A、B、T0为与熔体 组成有关的常数。其中，T0 为液体分子不能再移动时的 温度。
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粘度范围（帕. 秒）
测试方法
107－1015
拉丝法
10-107
转筒法
100.5-1.3×105 10-2量级
落球法
振荡阻滞 法
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4.1.3 熔体的分相
分相：在某些情况下，硅酸盐熔体会分成2种或2种 以上的不混溶液相。
硅酸盐熔体有：Si-O聚合体；R-O多面体 如R－O键强较大，致使氧O不易被硅离子夺去， 形成富R－O的离子聚集体，含少量硅离子而产生分相。 正离子R和氧的键强近似地取决于正离子电荷与半 径之比。Z/r越大，分相倾向越明显。反之，不易导致 分相。但Li+的半径小，易产生第二液相的液滴，造成 乳光现象。
4 非晶态结构与性质 4.1 熔体的结构 4.2 熔体的性质 4.3 玻璃的形成 4.4 玻璃的结构 4.5 常见玻璃类型
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概述
熔体与玻璃体是物质另外两种聚集状态。 相对于晶体而言，熔体和玻璃体中质点排列具 有不规则性，至少在长距离范围结构具有无序 性，因此，这类材料属于非晶态材料。（严格 地讲，玻璃是一种液体，这种液体被冷却到一 种刚性状态而未结晶；通过其它过程而不是经 过冷却过程得到的具有类似玻璃结构的材料称 为非晶态材料）
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Δu(kJ/mol)
236 202
168 134
100
66 10
20 30 40 50 60 70
图4-11 Na2O-Si2O系统中Na2O含量对粘滞活化能△u的影响
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10000 1000 100
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2000 1600 1200 1000 800 600 12
9
Log η
6
3
0
0.4
0.6 0.8 1.0 1.2
1/T10-3 (K-1)
图4－7钠钙硅酸盐玻璃熔体粘
度与温度的关系
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B、自由体积理论（VFT，Vogel-Fulcher-Tammann公式）
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4.1.2 硅酸盐熔体结构－聚合物理论
基本结构单元－ [SiO4] 四面体 键性：具高键能、方向性、低配位等的特点。
基本结构单元在熔体中存在状态－聚合体 基本结构单元在熔体中组成形状不规则、大
小不同的聚合离子团（或络阴离子团）在这些离 子团间存在着聚合－解聚的平衡。 例：石英的分化 影响聚合物聚合程度的因素
自由体积理论的思想是必须打开一些蕴藏在流体 内部的空隙以允许液体分子的运动。也就是说，液体 中分布着不规则的、大小不等的“空洞”。这种空洞 为液体分子运动及流动提供了空间。显然，这种空间 越多、越大，越容易运动，粘度越小。
lg h = A + B T - T0
粘度的影响
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B、二价金属氧化物
影响复杂。一方面，使O/Si增大，降低粘度， 另一方面，电价较高，半径又不大，离子势较碱金 属离子大，较易争夺氧离子来包围自己，导致硅氧 负离子团聚合，粘度增大。
极化率较大的离子，使其与氧的键合具共价键 成分，降低硅氧四面体中硅氧键力，粘度下降。
10
在简单R2O－SiO2中，碱金 属离子R＋对粘度的影响与本身
含量有关。
当其含量较低时（此时氧硅
比较小）：
Li+>Na+>K+>Rb+>Cs+
K
熔体中R2O含量较高时 ：
N
K+＞Na+>Li+
aLi
η（P）
1
Li
0.1 0
KN
10 20 30
a40