非晶态固体结构
晶态和非晶态的概念
晶态和非晶态的概念晶态和非晶态是固体物质的两种基本状态，它们的区别在于它们的原子或分子排列方式不同。
晶态的物质具有高度有序的排列结构，而非晶态的物质则没有这种高度有序的排列结构，它们的原子或分子是随机排列的。
在实际应用中，晶态和非晶态的物质具有截然不同的性质和应用范围。
晶态的物质结构晶态的物质结构是高度有序的，它们的原子或分子排列方式是非常规则的。
晶体的结构通常由周期性的基本单元组成，这个基本单元被称为晶胞。
晶体的物理性质与晶胞内的原子或分子排列方式、晶胞的大小和形状、以及晶体整体的对称性等因素有关。
晶体的结构可以用X射线衍射等方法来确定。
在X射线衍射中，X射线通过晶体时会发生衍射，衍射的图案可以反映出晶体的结构。
晶体的结构可以用布拉维格子来描述，布拉维格子是一种虚拟的晶胞，它可以用来描述晶体的周期性结构。
晶体的结构可以用空间群来描述，空间群是一个对称性操作的集合，它描述了晶体的对称性。
晶态的物质性质晶态的物质具有一些特殊的物理性质，这些性质与晶体的结构有关。
晶体的结构决定了它们的热力学性质、光学性质、电学性质等。
晶体的结构也决定了它们的机械性质，如硬度、弹性、塑性等。
晶体的结构还决定了它们的化学性质，如反应性、溶解度等。
晶态的物质应用晶态的物质在现代科技中有广泛的应用。
晶体管、LED等电子器件中的半导体材料就是晶态的物质。
晶态的物质还被用于制造光学器件、激光器等。
晶态的物质还被用于制造陶瓷、金属合金等工程材料。
非晶态的物质结构非晶态的物质结构是无序的，它们的原子或分子是随机排列的。
非晶态的物质可以看作是一种无序的、不规则的、没有周期性结构的固体。
非晶态的物质结构通常由玻璃态、胶态、凝胶态等状态组成。
非晶态的物质性质非晶态的物质具有一些独特的物理性质，这些性质与它们的无序结构有关。
非晶态的物质通常没有明显的熔点，而是通过玻璃转变或热分解来失去结构稳定性。
非晶态的物质通常具有较高的硬度和弹性模量，但它们的塑性和延展性较差。
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。
第十一章非晶态固体
0 ：组元出于自由原子态的吸收系数
0 ：凝聚态物质中不考虑周围原子散射作用时的吸收系数
0 0 (1 s )
s为 修 正 项
定 义EXAFS谱 函 数 ： (k) (k) 0 0
在 单 电 子 、 单 次 散 射 近似 下 ， 对K吸 收(1S电 离 吸 收 ） 和L2S 吸 收 谱 ：
sinθ λ
气体、熔体、玻璃体和方石英的XRD图
(二)XRD结果: ① 熔体和玻璃的 结构相似 ② 结构中存在着 近程有序区
图3—8方石英与石英玻璃的X衍射图线
11.1.2 非晶态固体的制备
核心: 物质在冷却过程中如何避免转变为晶体而形成非晶体
常见方法: 液相急冷法, 气相沉积法
液相急冷法:将熔化的金属液体喷向正在高速转动的一对轧辊 表面,该表面保持冷却状态(室温或以下).液态金属由于急冷而 形成非晶态薄膜. 2000~10000转/分钟 1ms内下降~1000K 1~2km/分钟抛离转子成为连续的薄带
任 J一(r原)dr子 4为r原2点(r)，dr 定义表：示 在r r dr球壳 内的 平均 原子 数
J (r)为 原 子 的 径 向 分 布 函 数，(r)为r处 球 面 上 的 平 均 原 子 密度
理 想 晶 体 ： Jc (r ) Zi (r) (r ri )
i
Zi , ri : 第i层 近 邻 的 配 位 数 和 相 应的 距 离
e2k2 2j：j层 的Dedye Waller因 子
2 j
:
j层 原 子 偏 离 平 均 位 置 的方 均
j (k) : 相 移 因 子 谱函数是一系列正玄函数的叠加
由
于有
限
，
而
高
层
固体材料中的非晶态与晶态及其结构分析
固体材料中的非晶态与晶态及其结构分析随着材料科学技术的不断发展和进步，人们对于固体材料的研究也不断深入。
在固体材料中，非晶态和晶态是两种基本的结构类型。
非晶态材料的结构之所以不规则和无序，是因为其分子、原子或离子是以无序排列方式组成的，没有明显的晶体结构。
而晶态材料则是由严格重复出现的周期性结构组成。
那么，如何理解材料的非晶态与晶态结构，并进行相应的分析呢？一、非晶态材料的特点及结构非晶态材料是指无法通过常规的晶体结构观察或确定的结构类型。
当非晶态材料被制备时，它们的分子或原子被随机地分布在材料中，形成类似于“玻璃”的无序结构。
这种结构特点决定了非晶态材料与晶态材料有很多不同之处。
首先，非晶态材料的物性表现出不同于晶态材料的奇异特性。
它们常常具有很高的玻璃转变温度、强烈的非弹性变形以及高的柔韧性。
其次，非晶态材料的制备条件必须非常精细和独特，必须保持材料的柔性和平衡状态。
与此同时，非晶态材料的对称性是低的，其结构可以近似看作是一种随机玻璃状结构。
最后，非晶态材料的结构需要通过一系列原位和外场检测手段来分析和确定。
二、晶态材料的特点及结构晶态材料的结构是由一些离子、原子或分子按照精密的规律排列组合而成的。
在晶体中，正交解析法是最常用的方法，即将晶体零件订定在正交坐标轴上，采用三角函数的形式来描绘晶体结构的周期性和对称性。
晶体中存在着大量的大分子晶体，尽管它们的结构不同，但单晶结构中任意两个分子之间的距离都是确定的，而且这种距离还是个固定的模式或者称之为晶格。
晶体的特点主要表现在其成分中，即晶体许多成分均有严格规律排布。
晶体的正交解析法已成为晶体结构分析的基础方法。
此外，晶体对于外场的外力干扰远比非晶态材料更高，这表明晶体是更加有序的材料。
最后，在晶体的制备条件下，晶体材料的对称性被更好地保持，这有助于坚固的晶格结构的稳定性。
三、非晶态材料和晶态材料之间的比较尽管非晶态材料和晶态材料是不同的材料类型，但它们之间存在一些相同之处。
《无机非金属材料科学基础》第5章 熔体和非晶态固体
目录
• 第一节 • 第二节 • 第三节 • 第四节 • 第五节 • 第六节
熔体的结构 玻璃的通性 玻璃的结构 非晶态固体的形成 常见玻璃类型与实例 玻璃的性质
5.1 熔体的结构
• 对熔体结构的一般认识：
1. 晶体与液体的体积密度相近。
当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)。
V、Q
过冷液体
a
b
玻璃
e
c
快
f
冷慢 h
冷
d
晶
体
Tg1 Tg2 TM
T
物质体积与内能 随温度变化示意图
玻璃性质随温度的变化
5.3 玻璃的结构
玻璃的性质不但与化学组成有关，与它 的结构一也密切相关，研究玻璃的结构有助 于进一步了解玻璃的性质和特点。玻璃结构 是指玻璃中质点在空间的几何配置、有序程 度及它们彼此间的结合状态。由于玻璃结构 的复杂性，至今尚未提出一个统一和完善的 玻璃结构理论。目前最主要的、广为接受的 玻璃结构学说是微晶学说和无规则网络学说。
第二，微晶的化学成分还没有得到合理的确定。
• 网络学说：
优点：强调了玻璃中离子与多面体相互间排列的均匀 性、连续性及无序性等方面结构特征。这可以说明玻 璃的各向同性、内部性质的均匀性与随成分改变时玻 璃性质变化的连续性等基本特性。如玻璃的各向同性 可以看着是由于形成网络的多面体（如硅氧四面体） 的取向不规则性导致的。而玻璃之所以没有固定的熔 点是由于多面体的取向不同，结构中的键角大小不一， 因此加热时弱键先断裂然后强键才断裂，结构被连续 破坏。宏观上表现出玻璃的逐渐软化，物理化学性质 表现出渐变性。
玻璃的分子式
玻璃的分子式简介玻璃是一种非晶态固体材料，具有无定形结构，其分子式并不像晶体一样具有明确的化学式。
然而，玻璃的主要成分是硅氧化物，其化学式可以简化为SiO2。
本文将介绍玻璃的分子结构、成分以及制备方法，以帮助读者更好地了解玻璃的分子式。
玻璃的分子结构玻璃是由无定形的、高度随机排列的分子组成的固体。
与晶体不同，玻璃的分子结构缺乏长程的周期性。
这是由于玻璃的制备过程中，原子或分子无法形成有序的排列结构。
因此，玻璃的分子结构是一种无序的、非晶态的结构。
玻璃的成分玻璃的主要成分是硅氧化物（SiO2），也称为二氧化硅。
硅氧化物是一种无机化合物，化学式为SiO2。
硅氧化物是玻璃的主要结构形成单元，它们通过共价键连接在一起，形成三维的、无规则的网状结构。
除了硅氧化物，玻璃的成分还包括其他氧化物，如氧化钠（Na2O）和氧化钙（CaO），以及少量的添加剂。
这些添加剂可以改变玻璃的性质，例如增加其抗热性、抗冲击性或透明度。
玻璃的制备方法玻璃的制备方法主要包括以下几个步骤：1.原料准备：根据所需玻璃的成分，准备相应的原料。
通常，硅源使用二氧化硅（SiO2）或硅酸盐，碱源使用氢氧化钠（NaOH）或碳酸钠（Na2CO3），碱土金属源使用氧化钙（CaO）等。
2.混合和熔化：将适量的原料混合在一起，并放入高温熔炉中进行熔化。
熔化过程中，原料会逐渐熔化并混合在一起，形成均匀的熔体。
3.成型：将熔化的玻璃熔体倒入预先设计好的模具中，然后通过冷却使其凝固成固体。
4.退火：为了消除内部应力并提高玻璃的稳定性，制备好的玻璃制品通常需要进行退火处理。
退火是将玻璃制品加热到较高温度，然后缓慢冷却的过程。
通过以上制备方法，可以制备出各种不同成分和性质的玻璃，例如硼硅酸玻璃、石英玻璃、钠钙玻璃等。
玻璃的应用玻璃是一种非常常见的材料，广泛应用于各个领域。
以下是一些常见的玻璃应用：1.建筑：玻璃在建筑中被用作窗户、门、墙壁等。
透明的玻璃可以提供自然光线和景观视野。
有序和无序
物质的状态可以分为有序结构和无序结构。
非晶态固体的分子象液体一样，以相同的紧压程度相互的无序排列。
液体分子之间容易相对滑动，而非晶体微粒间很难相对滑动，所以非晶体有固定的形状，往往表现出比晶体更大的硬度、韧性。
有序与无序是相对的。
非晶态材料基本上是无序结构，但用X射线衍射来研究非晶体的结构，发现在很小的范围内原子的排列具有一定的规律——短程有序。
晶体是长程有序，非晶体只在几个原子的范围内才出现短程有序。
非晶体短程有序，那么可以将几个原子组成的小集团看做一个小晶体，所以，可以认为非晶体中包含极其微小的晶体。
换个角度，实际晶体难免有位错、空位、缺陷，这破坏了原子排列的周期性，所以，晶体中也有非晶体成分。
微晶的晶粒尺寸比多晶体小，当然比非晶大很多。
非晶体中不存在晶粒和晶界。
非晶态非晶体的无序并非绝对无序，而是破坏了有序系统的某些对称性，是一种有缺陷、不完整的短程有序。
一般认为，组成物质的原子、分子的空间排列不呈周期性和平移对称性，晶体的长程有序被破坏，只有由于原子间的相互关联作用，使其在小于几个原子间距的小区间内，仍然保持形貌和组分的某些有序特征而具有短程有序，这样一类特殊的物质状态统称为非晶态。
至今尚无任何有效的实验方法可以准确测定非晶态材料的原子结构，上述定义都是相对而言的。
非晶态材料的三个基本特征①小区间内短程序，仍然保持形貌和组分的某些有序特征。
②电子衍射、中子衍射和X射线衍射图是由较宽的晕和弥散的环组成；用电子显微镜看不到任何由晶粒间界、晶体缺陷等形成的衍衬反差。
③连续升温时，在某个很窄的温区内，会发生明显的结构变化，是亚稳态。
多晶体和非晶体对X射线的衍射短程有序非晶体的衍射环的弥散程度要比任何小晶粒组成的多晶体大得多。
这表明非晶态材料与多晶体有些类似，可以看作由数目极多，无规取向的小集团组成，而在每个小集团内部原子排列是有序的。
短程有序只是这种小集团比小晶粒要小得多，因此，在非晶态材料内部不再存在长程序，但在其很小范围内存在一定程度的有序，称为短程有序。
非晶态物质的结构与性质
非晶态物质的结构与性质在我们的生活中，大部分的物质都是晶体。
晶体是一种有序的结构，它们的分子排列方式是高度固定的，因此晶体的形态也非常规则。
相比之下，非晶态物质则是分子有序排列的一种极端形式，它们的结构没有规则性，因此可以有很多不同的形态和性质。
在本文中，我们将探讨非晶态物质的结构和性质。
什么是非晶态物质？非晶态物质通常被认为是一种“无序”的结构。
简单来说，它们是没有长程有序性的物质，但在局部区域内分子之间可以有一定的“短程有序”。
这意味着分子之间的排列方式不是高度规则的，而是有所波动的。
非晶态物质可以出现在固体、液体和气体状态下，例如玻璃、塑料、橡胶和氧化硅等。
非晶态物质的结构非晶态物质的结构是非常复杂的，因为它们涉及到多个长度尺度上的无序性。
在小尺度上，在分子排列的局部区域内，非晶态物质可能会有一定的短程有序性。
这种局部有序性是由于物质的制备过程中，诸如原子或分子的排列方式不完全随机所导致的。
由于非晶态物质没有长程有序性，其原子和分子的排列方式不会出现周期性的重复。
这也使得非晶态物质的结构非常难以确定。
通常，人们使用散射技术来研究非晶态物质的结构。
这些散射技术包括X射线散射、中子散射、电子衍射以及光散射等技术。
非晶态物质的性质因为非晶态物质的结构没有规则性，所以它们有许多不同于晶体的性质。
本节将会讨论一些非晶态物质特有的性质。
1. 均匀性非晶态物质通常具有非常均匀的结构和成分分布。
这是由于非晶态物质没有周期性结构，使得其分子结构和成分分布在空间上更加均匀。
2. 可塑性非晶态物质通常具有非常好的可塑性。
这是由于其独特的结构，非晶态物质中的分子可以非常容易地滑动，从而使它能够产生大变形而不断裂。
3. 高温稳定性非晶态物质通常具有非常好的高温稳定性。
在高温下，晶体由于其有序排列被破坏而失去了稳定性，而非晶态物质由于其无序方式排列而保持稳定。
这使得一些高温应用中需要具有稳定性的材料，如汽车引擎零件和高温耐受的陶瓷，能够被制造出来。
准晶、纳米晶、非晶和液晶结构
（2）无规则网络学说
学说要点： a:形成玻璃的物质与相应的晶体类似，形成相似的 三维空间网络。
b:这种网络是由离子多面体通过桥氧相连，向三维 空间无规律的发展而构筑起来的。
c:电荷高的网络形成离子位于多面体中心，半径大 的变性离子，在网络空隙中统计分布，对于每一个变 价离子则有一定的配位数。
离子键化合物在熔融状态以单独离子存在， 流动性很大，凝固时靠静电引力迅速组成晶格。 离子键作用范围大，又无方向性，且离子键化合 物具有较高的配位数（6、8），离子相遇组成晶 格的几率较高，很难形成玻璃。
金属键物质，在熔融时失去联系较弱的电子， 以正离子状态存在。金属键无方向性并在金属晶 格内出现最高配位数（12），原子相遇组成晶格 的几率最大，最不易形成玻璃。
折射率等
第三类性质：玻璃的导热系数和弹性系数等
Tg ：玻璃形成温度，又称脆性温度。它是玻 璃出现脆性的最高温度，由于在这个温度下可 以消除玻璃制品因不均匀冷却而产生的内应力， 所以也称退火温度上限。
Tf ：软化温度。它是玻璃开始出现液体状态 典型性质的温度。相当于粘度109dPa·S，也是 玻璃可拉成丝的最低温度。
二是双辊法，此法也生产带状制品。与单辊法不同的 是，液体状金属喷射到两辊间隙处，进行双面冷却和 压延。
三是水中拉丝法。金属玻璃丝有独特的用途，但难以 用上述的辊面冷却方法制作，故常用水中拉丝法制作， 即把液体金属连续注入冷却水中，直接获得金属玻璃 丝。
此外，晶体材料在高能辐照或机械驱动作用下 也会发生非晶转变。
准晶体目前的应用包括耐磨涂层、不黏涂层、 热阻涂层(引擎绝热)、高效热电转换、聚合物 母体合成、选择性太阳能吸收和储氢等，主要 有铝系合金准晶体、Ti(zr)基准晶二大体系。
第四章-非晶态固体
二、非晶态金属
➢ 高的硬度和韧性，优异的耐腐蚀性，低 损耗非晶磁性材料。主要非晶态金属和合 金的结构模型。
➢ 非晶态合金统称“金属玻璃”。以极高 的速度使熔融状态的合金冷却，凝固后的 合金呈玻璃态，呈长程无序状态。
三、玻璃
玻璃的结构：由硅酸盐矿物、氧化物等经加热、 熔 融、冷却成的 一种无定形固态。
为了表示硅酸盐玻璃的网络结构特征和便于比较玻璃的性质， 引入玻璃的四个结构参数。
Z = 每个多面体中氧离子平均总数
(硅酸盐和磷酸盐玻璃中为4，硼酸盐玻璃中为3)
R＝ 玻璃中氧离子总数与网络形成离子总数之比
X＝ 每个多面体中非桥氧离子平均数
Y＝ 每个多面体中中桥氧离子平均数
参数间的关系：
X Y Z
➢ 转变温度范围微观过程：是一个结构重排过 程。结构灵敏的性能都出现明显的连续反常 变化，与晶体熔融时的性质突变有本质的不 同。
熔融态与玻璃态转变时，物理、化学性质随温度变化的连续性
性
质
Tg
Tf 温度
第一类性质：玻璃的电导、比容、粘度等
第二类性质：玻璃的热容、膨胀系数、密度、折射率等
第三类性质：玻璃的导热系数和弹性系数等，在Tg~Tf转 变范围内有极大值的变化。
2、碱金属和碱土金属硅酸盐玻璃
➢出现非桥氧离子，二元中，当加人RO、 R2O直到SiO2:RO(或R2O)=1:1以前，结构 中硅氧网络依然存在，还能形成玻璃。加 RO，R2O到RO(R2O):SiO2=2:1以后，网络 被破坏越甚，加入越多，玻璃的核化晶化 速率也越快，形成玻璃就越困难。
2、玻璃的结构参数
硼酸盐玻璃
➢ B2O3是硼酸盐玻璃中的主要玻璃形成体。B平 均与三个氧配位，B2O3构成[BO3]3-三角体结构，BO-B键角120o，是平面三角形，形成层状结构，B －O间距为0.137nm，在同一层内B－O很强，而层 与层之间由分子键相连，层与层之间结合力弱，所 以B2O3玻璃的一些性能比SiO2玻璃要差。
tem非晶结构
tem非晶结构什么是非晶结构？非晶结构是一种没有明确的长程有序性的固体结构，也被称为无定型结构或非晶态结构。
与晶体不同，非晶结构不存在重复的晶格单元，没有明确的晶体面、晶胞或者晶体方向。
相反，非晶结构由无规则排列的原子或分子组成，形成没有规则重复性的空间网络。
非晶结构的形成非晶结构的形成是由于原子或分子在凝固过程中的快速冷却导致的。
在晶体凝固过程中，原子或分子会以有序的方式排列，形成规则的晶格。
然而，当冷却速度非常快时，原子或分子没有足够的时间来排列，并开始以无序的方式堆积。
这种堆积方式形成了非晶结构。
非晶结构的特点非晶结构具有一些独特的特点，使其与晶体有所不同。
首先，非晶结构具有无规则性。
非晶结构中的原子或分子没有明确的定位，因此整个结构没有明确的晶体面或方向。
其次，非晶结构没有明显的重复单元。
晶体中的原子或分子通过重复的晶胞来组织，而非晶结构中的原子或分子没有类似的重复单元。
此外，非晶结构具有高度的局域性。
虽然整体上看起来无序，但在小尺度上，非晶结构中的一些原子或分子可能会形成有序的短程结构。
最后，非晶结构的物理性质通常与晶体不同。
由于无序的排列和缺乏长程有序性，非晶结构的物理性质如硬度、热导率、电导率可能会有较大的差异。
非晶结构的应用和研究非晶结构的应用十分广泛。
一些非晶态材料具有优异的电学、磁学、光学和力学性能，因此被广泛应用于电子、光学、磁性材料和工程材料等领域。
非晶结构也是太阳能电池的重要组成部分。
硅非晶结构太阳能电池具有高度的光吸收效率，并且可以弯曲成任何形状，因此被广泛应用于太阳能光伏发电系统中。
另外，非晶结构还被用于制备玻璃。
与晶体不同，非晶结构的玻璃材料具有无定型的最基本结构，使其表现出特殊的光学和机械性能。
通过研究非晶结构，科学家们试图理解非晶态的物理、化学和材料学性质，从而开发出更多有用的应用。
研究非晶结构还有助于改善材料的特性和性能，为新型材料的设计和制备提供重要思路。
无机材料科学基础 第三章-熔体和玻璃体(1)
单聚体与二聚体聚合形成短链: [SiO4]Na4+[Si2O7]Na6 = [Si3O10]Na8+ Na2O
两个短链相聚形成环: 2[Si3O10]Na8 = [Si6O18]Na12 + 2Na2O
聚 50 合 物 40 浓 度 30
(%)
20
SiO4
(SiO2)n Si2O7
图3-6 某硼硅 10
Si3O10
酸盐熔体中聚 合物分布随温 度的变化
0
(SiO3)4
1100 1200 1300 1400 (℃)
12
b)当温度不变时，聚合物的种 类、数量与组成有关：
若O/Si(=R)高，即表示碱性氧 化物含量高，体系中非桥氧 数量多，低聚物数量增加， 高聚物数量降低；
熔体中碱土金属或碱金属量升 高，其O/Si比逐渐升高，体系 中非桥氧量增加，原来较大 的硅氧负离子团变成较小的。 如图3-4。
图3-4
8
举例：从石英粉末加纯碱熔制成硅酸钠玻璃，看聚合物的形成过 程，如图3-5。
①石英颗粒的分化过程（解聚）：
石英颗粒表面上的断键与空气中的水作用形成Si-OH，Na2O在断键处发生离子 交换（Na+置换H+），大部分Si-OH形成Si-O-Na，使相邻的Si-O键共价键成 分降低，键强减弱，受Na2O侵蚀，此类键易断裂（图3-5 B），分离出低聚物 （D） ——二聚体短链。
5
一 、熔体的结构
1．“近程有序”理论
Frenker1924年提出了“液体质点假周期运动学说”，认为： 晶体结构——远程有序（晶体中质点的分布是按一定规律排列 的，且在晶格中任何地方都表现着）。
非晶材料的结构与表征
非晶材料的结构与表征非晶材料是指没有长程有序结构的材料，也被称为无晶态材料或非晶态材料。
它们的结构不像晶体那样具有周期性排列，而是呈现无规则的排列方式。
非晶材料具有独特的物理和化学性质，因此在许多领域都有广泛的应用。
非晶材料的结构是由于原子或分子的无序排列造成的。
在晶体中，原子按照特定的规则和间距有序地排列，而非晶材料的原子在长程上没有规则的排列方式。
非晶材料的结构可以用固体选区电子衍射（SAED）或广义的X射线衍射（wide-angle X-ray scattering，WAXS）来表征。
固体选区电子衍射是一种用电子束照射样品然后收集和分析衍射图样的技术。
在非晶材料中，由于无长程有序结构，选区电子衍射的图样将呈现出无规则的环形或散射斑点。
这些斑点由于原子或分子的散射引起，并不能提供关于具体原子排列的信息，但可以用来确定非晶材料的有序程度。
广义的X射线衍射是一种广义上的X射线散射技术，适用于任何材料，包括非晶材料。
通过分析衍射图样，可以了解材料的结构特征。
对于非晶材料，广义X射线衍射图样通常呈现出宽而模糊的峰，这表明材料中存在着短程有序结构或者局部有序区域。
通过分析这些峰的形状和位置，可以了解材料的结构特点。
除了X射线衍射技术，核磁共振（NMR）也可以用来研究非晶材料的结构。
NMR是一种使用核磁共振现象来研究物质结构和动力学的分析技术。
通过测量不同核自旋的共振频率和强度，可以研究非晶材料中原子之间的相互作用和有序程度。
非晶材料的结构和性质之间存在着密切的关系。
由于结构的无规则性，非晶材料往往具有较高的胶体结构不稳定性和熵。
非晶材料通常具有更高的硬度和强度，因为缺乏晶格缺陷可以阻碍位错的移动。
非晶材料还具有较高的形变能力和玻璃化转变温度，可以用于制备塑性变形需求较高的零件。
总之，非晶材料的结构是由原子或分子的无序排列造成的。
这种结构可以用选区电子衍射、广义X射线衍射和NMR等技术进行表征。
非晶材料的结构与其物理和化学性质密切相关，对于了解非晶材料的性能和应用具有重要意义。
玻璃微晶学说名词解释
玻璃微晶学说名词解释
玻璃微晶学是研究玻璃中微观晶体结构和特性的学科。
玻璃是一种非晶态固体，即没有规则的晶体结构。
然而，玻璃中常常存在着微小的晶体或有序的团簇，这些微观晶体对于玻璃的物理、化学特性和性能有显著影响。
在玻璃微晶学中，常用的名词包括：
1. 微晶体：指玻璃中的小晶体，其尺寸通常在纳米到微米级别，具有不规则的形态和结构。
2. 团簇：指玻璃中形成的有序局域结构，通常由几个或几十个原子或分子组成，具有局部的周期性。
3. 弛豫：指玻璃微晶体在加热过程中由有序向无序的转变，或在加热后冷却过程中由无序向有序的转变。
这种结构的演化通常发生在较高的温度下，且呈现出不可逆性。
4. 有序玻璃：指具有一定程度有序结构的玻璃，其具有类似晶体的无规则重复性。
5. 玻璃转变温度：指玻璃由固态向液态转变的温度，对于玻璃微晶学的研究来说是一个重要的参数。
玻璃微晶学的研究内容包括探索和解释玻璃中微观结构的形成机制、特性和演化规律，以及探索晶体和非晶态之间的相互关系和转变规律。
这对于理解玻璃的性质和应用具有重要意义。
非晶态固体结构特征
非晶态固体结构特征1.无定型性：非晶态固体没有明确的晶体结构，其原子排列没有周期性或具有短程的有序性。
与晶体中的原子或分子按照规则的方式排列形成晶胞和晶格不同，非晶态固体中的原子或分子以无规则的方式排列。
这种无定型性也使得非晶态固体具有高度的自由度和可变性。
2.局部有序性：虽然整个非晶态固体没有明显的长程有序性，但其中的局部区域可能会出现有序的结构。
这是因为在非晶态固体中，原子或分子可能会在一定距离尺度上有一定的有序性，这种有序性被称为局部有序性。
这种局部有序性可以通过X射线衍射、中子衍射等技术来观察和研究。
3.高度的随机性：与晶体中具有确定的晶格点不同，非晶态固体的原子或分子位置没有确定性规律。
原子或分子的位置和旋转是随机的，并且可以沿各个方向移动。
因此非晶态固体具有高度的随机性，并且在宏观上呈现出无规则的形态。
4.高密度：相对于晶体具有规则的、周期性的结构，非晶态固体的原子或分子排列更为紧密。
这是因为非晶态固体中的原子或分子可以在有限空间内自由移动，以最小化它们之间的能量，从而使得结构更加密集。
5.过冷液态：非晶态固体通常通过快速冷却或减小体积等方式制备而成。
在这些过程中，材料的温度往往在其熔点以下，从而形成非晶态固体。
这种特殊的制备方法使得非晶态固体具有类似液体的分子或原子运动性质。
总体来说，非晶态固体具有无定型、局部有序、高度随机、高密度和过冷液态等一系列特征。
这些特征使得非晶态固体在物理性质、力学性能、光学性质和电子性质等方面具有独特的特点，因此在许多领域有着广泛的应用。
非晶态合金组织结构
非晶态合金组织结构
非晶态合金是一种细小的无定形的固体，没有明显的结晶结构。
它的
微观结构主要由格子结构和团块结构组成，被认为是原子或分子在凝
固时受外力影响而形成的非晶质材料。
非晶态合金的组织结构具有以
下特点：
1、格子结构：由许多个原子组成的非晶态合金，它们形成一种具有规
律性的格子结构。
2、团块结构：它包括由若干个结晶小晶体汇集成一个大的晶胞而构成，大晶胞内部又由若干团块构成团块结构。
3、连续结构：它是由原子或分子随机的分布在凝固体中形成的无规则
的结构，没有明显的结晶结构和团块结构。
4、综合结构：格子结构、团块结构和连续结构的混合结构。
这种程度
介于格子结构与团块结构和连续结构介于之间，其结构特征和性能比
格子结构和团块结构要更好。
非晶态合金的组织结构有着重要的意义，它不仅决定了非晶质材料的
性能，而且可以帮助理解材料的晶化过程和控制非晶质材料的性能。
因此，了解非晶质材料的组织结构，对于更好地提高其工程性能以及其产品应用非常重要。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
非晶体的宏观特性
• 有玻璃转化温度(Tg)，无熔点。 • 无规则的多面体几何外型（可以制成玻璃体、丝、 薄膜等特殊形态）。 • 物理性质各向同性。 • 均匀性来源于原子无序分布的统计性规律，无晶 界。
Hale Waihona Puke 非晶体微观特征• 长程无序、近程有序
晶体（a）和玻璃体（b）的结构特点
The continuous random network structure of amorphous silicon dioxide, notice that each Si atom (gold shpere) has 4 bonds, and each oxygen atom (red sphere) has 2 bonds.
非晶体的宏观特性
衍射为弥散的晕
• Cross sectional TEM image of an amorphous iron disilicide layer deposited at room temperature. a), b) and c) are micro-diffraction patternstaken from the top amorphous layer, the interface region and the silicon substrate respectively.
www.rss21.iis.u-tokyo.ac.jp/.../index.html
•
•
/topic/amorphous-carbon
非晶体的宏观特性 HfO2
http://hpc.epfl.ch/
First-principles model of amorphous hafnium aluminate: a promising gate insulator material of CMOS transistor of next generation. Electronic and lattice dielectric responses of the model are calculated by first principles.
Prof. Kevin Homewood
/ibc/index.php?target=3:20
非晶体微观特征
XRD：宽化的衍射带
• Powder XRD patterns showing an example of the thermal stability of ETS-4 during heating up to 800oC • systems Na2O – TiO2 – SiO2 – H2O, K2O – TiO2 – SiO2 – H2O, and Na2O - K2O - TiO2 - SiO2 H2O • ETS-4, ETS-10, STS (AM-2), titanosilicate analogue of the mineral sitinakite, a cubic titanosilicate analogue of the mineral pharmacosiderite (GTS-1) and a rombohedral titanosilicate analogue of the mineral pharmacosiderite
http://www.clmc.bas.bg/Annreps/Annrep10 /annrep10.htm
非晶体的宏观特性
• r(Si-O) = 1.62Å; r(O-O) = 2.65Å
非晶体的宏观特性 无定形碳 amorphous carbon 结构模型
• Vander Wal, R. (May 1996). "Soot Precursor Material: Spatial Location via Simultaneous LIF-LII Imaging and Characterization via TEM". NASA Contractor Report (198469). Retrieved on 2006-06-28. (1997) “diamond-like carbon films”, IUPAC Compendium of Chemical Terminology (pdf), 2nd edition, International Union of Pure and Applied Chemistry. Retrieved on 2006-06-28. (1997) “amorphous carbon”, IUPAC Compendium of Chemical Terminology (pdf), 2nd edition, International Union of Pure and Applied Chemistry. Retrieved on 2006-06-28.