非晶体又称无定形体内部原子或分子的排列呈现杂乱无章的分布状态的固体称为非晶体。 如玻璃、沥青、松香、塑料、石蜡、橡胶等。非晶态固体包括非晶态电介质、非晶态半导体、非晶态金属。它们有特殊的物理、化学性质。例如金属玻璃(非晶态金属)比一般(晶态)金属的强度高、弹性好、硬度和韧性高、抗腐蚀性好、导磁性强、电阻率高等。这使非晶态固体有多方面的应用。它是一个正在发展中的新的研究领域,得到迅速的发展。

晶体与非晶体之间在一定条件下可以相互转化。例如,把石英晶体熔化并迅速冷却,可以得到石英玻璃。将非晶半导体物质在一定温度下热处理,可以得到相应的晶体。可以说,晶态和非晶态是物质在不同条件下存在的两种不同的固体状态,晶态是热力学稳定态。[3]

熔融体是物质在熔化温度以上的一种高能量状态,随着温度的下降,根据熔体释放能量的大小不同,可以有三种冷却过程。

1、结晶化。熔体中的质点进行有序排列,释放出结晶潜热,系统在凝固过程中始终处于热力学平衡的能量最低状态。

2、玻璃化。质点的重新排列不能达到有序化程度,固态结构仍具有熔体远程无序的结构特点,系统在凝固过程中,始终处于热力学介稳状态。

3、分相。熔体在冷却过程中中,不再保持结构的统计均匀性,质点的迁移使系统发生组分偏聚,从而形成互补混溶并且组成不同的两个玻璃相,分相使系统的能量有所下降,但仍处于介稳态。

从热力学观点分析,非晶态物质总是有降低内能,向晶态转化的趋势。在一定条件下,通过析晶或分相放出能量,使系统处于低能量、更加稳定的状态。[4]

形成玻璃要避免析晶,过冷度大,冷却速度快,防止成核并变大。

1、键参数。 主要从结晶化学角度,根据原子参数或键参数的大小来说明物质形成非晶态的能力。

对于氧化物玻璃 ,一般认为是一种无规网络结构,从阳离子在构成这一无规网络结构中可能起的作用,把它们分成了三类 :

第一类本身可以构成玻璃结构,称为玻璃网状形成体。 如 B 、Si、Ge、P、Al;

第二类属于起调整作用的,称为网络调整体,如Pb;

第三类的作用在前两类之间。

这一 分类与场强z/a2(其中z为阳离子电荷,a 为正负离子间距 ) 、 单键强度 、 负电性之间的关系如图《键参数与非晶态形成能力》所示:

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