非晶态固体属于热力学的亚稳态
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1 熔体中原子容易作大于其原子间距的热运动，
2 而非晶态固体中原子主要作运动距离远小于原子间距
4 的热振动。
0011 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
1 4、宏观均匀、各向同性（宏观）
42 5、结构的亚稳性
001从1 00热10力101学0 1观101点00看01 0，10非0 10晶11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。
2 存在一种高度的局域关联性:每个原子有3个与其距离
几乎相等的最近邻原子，并且键角也几乎是相等的
4 —— 玻璃与晶体同样具有高度的短程有序
0011晶0010
1010
1101
0001
010非0 1011 晶
态
态
固
固
气 体
体
体
三种不同状态物质中原子排列示意图
1 气体原子排列是一个真正的无规则排列，并且随时间而
1 分的某些有序的特征，具有短程有序，并且
2 在热力学上出现亚稳性。人们把这样一类特
4 殊的物质状态统称为非晶态。
晶体 0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011 非晶
421
非晶
非晶
0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011
421
晶体
0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011
其一，非晶态固体中原子的取向和位置不具有长程有
序而具有短程有序;
其二，非晶态固体属于热力学的亚稳态。
1 凡非晶态固体都共同遵守相同的结构特征
42 ——有序的缺乏和亚稳定性!
非
0011晶0010 1010 1101 0001 010晶0 1011
态
态
固
固
气 体
体
体
三种不同状态物质中原子排列示意图
1 非晶态固体中原子位置空间分布不是完全无规则的，
200nm
412
0011 中001科0 1院010物11理01所00极01 0端10条0 1件011物理实验室研究组最近成功研 制出具有超高强度和塑性的 CuZr 基金属玻璃材料。
该材料具有超高强度，断裂强度达 2265 MPa ，纯 Cu 的屈服强度约 100 MPa ，同时具有一般非晶材料 中不具备的加工硬化效应，尤其特别的是该材料具有
位于赖特帕特森空军基地的美国空军实验室材料与制造 0011 0处01的0 1科010学11家01及00工01程01师00 会101同1 大学的研究人员，在超韧纳米
复合材料涂层研究领域取得重大进展，这种涂层可提高 先进喷气战斗机用发动机的性能，并改进耐久性。
通过缜密的研究、试验，该研究小组发现并阐明了一种
001一1 0种010具10有10未110来1 0性001的01合00金10-1-1非晶质金属也许有一天将结合 金属原有的强度及导电性以及塑料的廉价及多变性，造 成在许多工业上的大革命。例如：使汽车更便宜且更安 全或是使奈米组件更容易精密的成形。 钢铁的硬度很高，但是很难去塑型，一定要在很高的温
1 度下，才能够弯曲它或将它到入模具中。一般的金属是
1 独特的纳米晶/非晶复合材料的动力学机理，航空航天专
家们认为，该种材料表现出极高硬度，并具有很高应用 价值。到目前为止，该项研究成果已向战斗机发动机进
Darmstadt in Germany 以及 Wei Hua Wang of the
2 Chinese Academy of Sciences in Beijing的团队中，研
究人员将适量的铝原子加入铜合金中，得到了一种 非晶质材料。这种材料在压力下会变得更坚硬，且
4 比传统的钢更耐磨及抗腐蚀。
纳米复合材料涂层提高航空发动机性能
由晶体所组合而成的，晶体的结构可以使金属具有延展
2 性不易断裂。而非晶质金属的结构是不规则的，或是说
在原子尺度下是无序的，就像塑料或玻璃一样。因此，
4 非晶质金属通常就像玻璃般易碎。
相反的，钢铁在经过挤压后会变得更坚硬，所以人 家说百炼而成钢。然而，非晶质金属将来有可能变 得如钢铁般坚硬又如塑料般多变。
0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011
在2005年五月二十七日出版的 Physical Review Letters 中，有两篇文章分别发表了两种不同的非晶 质金属，一种有如钢铁般坚硬，另一种则有如塑料 般多变。
1 在由Jurgen Eckert所领军的Technical University of
1 例如非晶态的结构弛豫过程，以及由亚稳态向晶
2 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
4 研究其稳定性。
0011
0010
1010
11放01
0001
非晶
0100 1011
热
晶化峰
晶体
非
△Tx
晶 固 体
Tg
Tx
Βιβλιοθήκη Baidu
Tg:玻璃转变温度 Tx:晶化温度
412
0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011
0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011
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0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011
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
1 极大的延展性（约 20% ， 而一般非晶合金材料的塑
性只有约 2% ）。专家分析，该材料非晶结构在原子
2 尺度的非均匀性能导致该材料的优异力学性能。这是
在世界上首次用一般金属材料研制出塑性非晶合金材
4 料。
物理：未来的材料--非晶质金属
Physical Review Focus 2005 08 08
2 改变，时间流逝的效果是，完全推翻图上所示的气体在
某一瞬时的结构，原子的运动使气体变成另一个无规则 排列；
4 前两者原子围绕它们的平衡位置作振动，而后者原子可
以自由地作长距离不停地平移运动！
0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011
从短程有序方面看：
金属熔体的短程有序范围为4个原子间距， 而非晶态金属的短程有序范围为5~6个原子间距； 从原子的微观运动看：
2 而非晶态固体中原子主要作运动距离远小于原子间距
4 的热振动。
0011 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
1 4、宏观均匀、各向同性（宏观）
42 5、结构的亚稳性
001从1 00热10力101学0 1观101点00看01 0，10非0 10晶11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。
2 存在一种高度的局域关联性:每个原子有3个与其距离
几乎相等的最近邻原子，并且键角也几乎是相等的
4 —— 玻璃与晶体同样具有高度的短程有序
0011晶0010
1010
1101
0001
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态
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固
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气 体
体
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三种不同状态物质中原子排列示意图
1 气体原子排列是一个真正的无规则排列，并且随时间而
1 分的某些有序的特征，具有短程有序，并且
2 在热力学上出现亚稳性。人们把这样一类特
4 殊的物质状态统称为非晶态。
晶体 0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011 非晶
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非晶
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晶体
0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011
其一，非晶态固体中原子的取向和位置不具有长程有
序而具有短程有序;
其二，非晶态固体属于热力学的亚稳态。
1 凡非晶态固体都共同遵守相同的结构特征
42 ——有序的缺乏和亚稳定性!
非
0011晶0010 1010 1101 0001 010晶0 1011
态
态
固
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气 体
体
体
三种不同状态物质中原子排列示意图
1 非晶态固体中原子位置空间分布不是完全无规则的，
200nm
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0011 中001科0 1院010物11理01所00极01 0端10条0 1件011物理实验室研究组最近成功研 制出具有超高强度和塑性的 CuZr 基金属玻璃材料。
该材料具有超高强度，断裂强度达 2265 MPa ，纯 Cu 的屈服强度约 100 MPa ，同时具有一般非晶材料 中不具备的加工硬化效应，尤其特别的是该材料具有
位于赖特帕特森空军基地的美国空军实验室材料与制造 0011 0处01的0 1科010学11家01及00工01程01师00 会101同1 大学的研究人员，在超韧纳米
复合材料涂层研究领域取得重大进展，这种涂层可提高 先进喷气战斗机用发动机的性能，并改进耐久性。
通过缜密的研究、试验，该研究小组发现并阐明了一种
001一1 0种010具10有10未110来1 0性001的01合00金10-1-1非晶质金属也许有一天将结合 金属原有的强度及导电性以及塑料的廉价及多变性，造 成在许多工业上的大革命。例如：使汽车更便宜且更安 全或是使奈米组件更容易精密的成形。 钢铁的硬度很高，但是很难去塑型，一定要在很高的温
1 度下，才能够弯曲它或将它到入模具中。一般的金属是
1 独特的纳米晶/非晶复合材料的动力学机理，航空航天专
家们认为，该种材料表现出极高硬度，并具有很高应用 价值。到目前为止，该项研究成果已向战斗机发动机进
Darmstadt in Germany 以及 Wei Hua Wang of the
2 Chinese Academy of Sciences in Beijing的团队中，研
究人员将适量的铝原子加入铜合金中，得到了一种 非晶质材料。这种材料在压力下会变得更坚硬，且
4 比传统的钢更耐磨及抗腐蚀。
纳米复合材料涂层提高航空发动机性能
由晶体所组合而成的，晶体的结构可以使金属具有延展
2 性不易断裂。而非晶质金属的结构是不规则的，或是说
在原子尺度下是无序的，就像塑料或玻璃一样。因此，
4 非晶质金属通常就像玻璃般易碎。
相反的，钢铁在经过挤压后会变得更坚硬，所以人 家说百炼而成钢。然而，非晶质金属将来有可能变 得如钢铁般坚硬又如塑料般多变。
0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011
在2005年五月二十七日出版的 Physical Review Letters 中，有两篇文章分别发表了两种不同的非晶 质金属，一种有如钢铁般坚硬，另一种则有如塑料 般多变。
1 在由Jurgen Eckert所领军的Technical University of
1 例如非晶态的结构弛豫过程，以及由亚稳态向晶
2 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
4 研究其稳定性。
0011
0010
1010
11放01
0001
非晶
0100 1011
热
晶化峰
晶体
非
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晶 固 体
Tg
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Βιβλιοθήκη Baidu
Tg:玻璃转变温度 Tx:晶化温度
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0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011
0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011
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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
1 极大的延展性（约 20% ， 而一般非晶合金材料的塑
性只有约 2% ）。专家分析，该材料非晶结构在原子
2 尺度的非均匀性能导致该材料的优异力学性能。这是
在世界上首次用一般金属材料研制出塑性非晶合金材
4 料。
物理：未来的材料--非晶质金属
Physical Review Focus 2005 08 08
2 改变，时间流逝的效果是，完全推翻图上所示的气体在
某一瞬时的结构，原子的运动使气体变成另一个无规则 排列；
4 前两者原子围绕它们的平衡位置作振动，而后者原子可
以自由地作长距离不停地平移运动！
0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011
从短程有序方面看：
金属熔体的短程有序范围为4个原子间距， 而非晶态金属的短程有序范围为5~6个原子间距； 从原子的微观运动看：