برخلاف جامدات کریستالی، نظم دقیقی در آرایش ذرات در یک جامد بی شکل وجود ندارد.

اگرچه جامدات آمورف قادر به حفظ شکل خود هستند، اما شبکه کریستالی ندارند. یک الگوی خاص فقط برای مولکول ها و اتم های واقع در مجاورت مشاهده می شود. این دستور نامیده می شود سفارش بستن . در همه جهات تکرار نمی شود و مانند اجسام کریستالی در فواصل طولانی باقی نمی ماند.

نمونه هایی از اجسام آمورف عبارتند از: شیشه، کهربا، رزین های مصنوعی، موم، پارافین، پلاستیکین و غیره.

ویژگی های اجسام بی شکل

اتم ها در اجسام بی شکل در اطراف نقاطی که به طور تصادفی قرار گرفته اند ارتعاش می کنند. بنابراین ساختار این اجسام شبیه ساختار مایعات است. اما ذرات موجود در آنها تحرک کمتری دارند. زمان نوسان آنها در اطراف موقعیت تعادل طولانی تر از مایعات است. پرش اتم ها به موقعیت دیگری نیز بسیار کمتر اتفاق می افتد.

جامدات کریستالی هنگام گرم شدن چگونه رفتار می کنند؟ آنها شروع به ذوب شدن در یک معین می کنند نقطه ذوب. و مدتی به طور همزمان در حالت جامد و مایع قرار می گیرند تا زمانی که کل ماده ذوب شود.

جامدات آمورف نقطه ذوب خاصی ندارند . وقتی گرم می شوند، ذوب نمی شوند، اما به تدریج نرم می شوند.

یک تکه پلاستیک را در نزدیکی دستگاه گرمایش قرار دهید. بعد از مدتی نرم می شود. این بلافاصله اتفاق نمی افتد، بلکه در یک بازه زمانی خاص اتفاق می افتد.

از آنجایی که خواص اجسام آمورف مشابه خواص مایعات است، آنها را مایعات فوق سرد با ویسکوزیته بسیار بالا (مایعات منجمد) می دانند. در شرایط عادی آنها نمی توانند جریان داشته باشند. اما هنگامی که گرم می شود، جهش اتم ها در آنها بیشتر اتفاق می افتد، ویسکوزیته کاهش می یابد و اجسام آمورف به تدریج نرم می شوند. هر چه دما بیشتر باشد، ویسکوزیته کمتر می شود و به تدریج جسم آمورف به مایع تبدیل می شود.

شیشه معمولی یک جسم آمورف جامد است. از ذوب اکسید سیلیکون، سودا و آهک به دست می آید. با حرارت دادن مخلوط تا دمای 1400 درجه سانتیگراد، جرم شیشه ای مایع به دست می آید. وقتی شیشه مایع سرد شود مانند اجسام کریستالی جامد نمی شود، بلکه به صورت مایع باقی می ماند که ویسکوزیته آن افزایش می یابد و سیالیت آن کاهش می یابد. در شرایط عادی، به عنوان یک جسم جامد به نظر می رسد. اما در واقع این مایعی است که ویسکوزیته و سیالیت بسیار بالایی دارد، آنقدر کم که به سختی می توان آن را با فوق حساس ترین ابزار تشخیص داد.

حالت آمورف یک ماده ناپایدار است. با گذشت زمان به تدریج از حالت بی شکل به حالت کریستالی تبدیل می شود. این فرآیند در مواد مختلف با سرعت های متفاوتی رخ می دهد. می بینیم که آب نبات ها با کریستال های شکر پوشیده می شوند. این کار زمان زیادی نمی برد.

و برای تشکیل کریستال ها در شیشه معمولی، زمان زیادی باید بگذرد. در طول تبلور، شیشه استحکام، شفافیت خود را از دست می دهد، کدر می شود و شکننده می شود.

ایزوتروپی اجسام آمورف

در جامدات کریستالی، خواص فیزیکی در جهات مختلف متفاوت است. اما در اجسام آمورف از همه جهات یکسان هستند. این پدیده نامیده می شود همسانگردی .

یک جسم بی شکل الکتریسیته و گرما را به طور مساوی در همه جهات هدایت می کند و نور را به یک اندازه می شکند. صدا همچنین در اجسام بی شکل در همه جهات به طور یکسان حرکت می کند.

از خواص مواد آمورف در فن آوری های مدرن استفاده می شود. آلیاژهای فلزی که ساختار کریستالی ندارند و به جامدات آمورف تعلق دارند، مورد توجه خاص هستند. نامیده می شوند شیشه های فلزی . خواص فیزیکی، مکانیکی، الکتریکی و سایر خواص آنها با فلزات معمولی برای بهتر شدن متفاوت است.

بنابراین، در پزشکی از آلیاژهای آمورف استفاده می کنند که قدرت آنها از تیتانیوم بیشتر است. از آنها برای ساختن پیچ ها یا صفحاتی که استخوان های شکسته را به هم متصل می کنند استفاده می شود. برخلاف بست های تیتانیوم، این ماده به تدریج از بین می رود و به مرور زمان با مواد استخوانی جایگزین می شود.

آلیاژهای با مقاومت بالا در ساخت ابزارهای برش فلز، اتصالات، فنرها و قطعات مکانیزم استفاده می شوند.

یک آلیاژ آمورف با نفوذپذیری مغناطیسی بالا در ژاپن ساخته شده است. با استفاده از آن در هسته های ترانسفورماتور به جای ورق های فولادی ترانسفورماتور بافت دار، تلفات جریان گردابی را می توان تا 20 برابر کاهش داد.

فلزات آمورف خواص منحصر به فردی دارند. آنها را مواد آینده می نامند.

جامدات بسته به ساختار مولکولی و خواص فیزیکی به دو دسته آمورف و کریستالی تقسیم می شوند.

برخلاف کریستال ها، مولکول ها و اتم های جامدات بی شکل شبکه ای تشکیل نمی دهند و فاصله بین آنها در محدوده مشخصی از فواصل ممکن در نوسان است. به عبارت دیگر، در کریستال ها، اتم ها یا مولکول ها به طور متقابل به گونه ای قرار گرفته اند که ساختار تشکیل شده را می توان در کل حجم بدن تکرار کرد که به آن نظم دوربرد می گویند. در مورد اجسام آمورف، ساختار مولکول ها فقط نسبت به هر یک از این مولکول ها حفظ می شود، الگویی در توزیع فقط مولکول های همسایه مشاهده می شود - نظم کوتاه برد. یک مثال گویا در زیر ارائه شده است.

اجسام آمورف شامل شیشه و سایر مواد در حالت شیشه ای، رزین، رزین، کهربا، موم آب بند، قیر، موم و همچنین مواد آلی: لاستیک، چرم، سلولز، پلی اتیلن و غیره است.

خواص اجسام بی شکل

ویژگی های ساختاری جامدات آمورف به آنها ویژگی های فردی می دهد:

1. سیالیت ضعیف یکی از شناخته شده ترین خواص چنین اجسامی است. یک مثال می تواند قطره های شیشه ای باشد که برای مدت طولانی در قاب پنجره نشسته اند.
2. جامدات آمورف نقطه ذوب خاصی ندارند، زیرا انتقال به حالت مایع در حین گرم شدن به تدریج و از طریق نرم شدن بدن اتفاق می افتد. به همین دلیل برای چنین بدنه هایی محدوده دمایی به اصطلاح نرم شوندگی اعمال می شود.

1. چنین اجسامی به دلیل ساختارشان همسانگرد هستند، یعنی خواص فیزیکی آنها به انتخاب جهت بستگی ندارد.
2. ماده ای در حالت آمورف انرژی درونی بیشتری نسبت به حالت کریستالی دارد. به همین دلیل، اجسام آمورف قادرند به طور مستقل به حالت کریستالی تبدیل شوند. این پدیده را می توان در نتیجه کدر شدن شیشه در طول زمان مشاهده کرد.

حالت شیشه ای

در طبیعت، مایعاتی وجود دارند که عملاً تبدیل آنها به حالت بلوری با سرد شدن غیرممکن است، زیرا پیچیدگی مولکول های این مواد به آنها اجازه ایجاد یک شبکه کریستالی منظم را نمی دهد. چنین مایعاتی شامل مولکول های برخی از پلیمرهای آلی است.

با این حال، با کمک خنک سازی عمیق و سریع، تقریباً هر ماده ای می تواند به حالت شیشه ای تبدیل شود. این حالت آمورف است که شبکه کریستالی شفافی ندارد، اما می تواند تا حدی در مقیاس خوشه های کوچک متبلور شود. این حالت ماده غیر پایدار است، یعنی تحت شرایط ترمودینامیکی خاص مورد نیاز باقی می ماند.

با استفاده از فناوری خنک کننده با سرعت معین، این ماده زمان بلور شدن را نخواهد داشت و به شیشه تبدیل می شود. یعنی هر چه سرعت خنک شدن ماده بیشتر باشد، احتمال کریستال شدن آن کمتر می شود. به عنوان مثال، برای تولید شیشه های فلزی، سرعت خنک کننده 100000 - 1000000 کلوین در ثانیه مورد نیاز است.

در طبیعت، این ماده در حالت شیشه ای وجود دارد و از ماگمای آتشفشانی مایع ناشی می شود که در تعامل با آب یا هوای سرد، به سرعت سرد می شود. در این حالت به این ماده شیشه آتشفشانی می گویند. همچنین می توانید شیشه ای را مشاهده کنید که در نتیجه ذوب شدن یک شهاب سنگ در حال سقوط با جو - شیشه شهاب سنگ یا مولداویت - در تعامل است.

حالت بی شکل(بی شکل - بی شکل، از یونانی o! - پیشوند منفی و tsorsrt] - شکل) - حالت جامداتی که در آن

بر خلاف کریستال ها، همسانگردی دارند، یعنی در همه جهات دارای خواص فیزیکی یکسانی هستند (به کریستال ها، ناهمسانگردی مراجعه کنید). گازها و مایعات را نیز می توان از این نظر بی شکل در نظر گرفت.

اجسام آمورف طبیعی (اوپال، شیشه آتشفشانی - ابسیدین، کهربا، رزین، قیر) و مصنوعی (شیشه معمولی، کوارتز ذوب شده، باکلیت) هستند. تعدادی اکسید و نمک را می توان به صورت آمورف به دست آورد. برخی از اجسام آمورف از نظر ترکیب بسیار پیچیده هستند (شیشه معمولی)، در حالی که برخی دیگر ترکیبات شیمیایی ساده هستند، به عنوان مثال، کوارتز شیشه ای، بوراکس، انیدرید بوریک و غیره. شیشه معمولی معمولی ترین نمونه یک جسم بی شکل است، بنابراین یک جامد بدن در حال حاضر به عنوان A. s پذیرفته شده است. اسمش را شیشه ای بگذارید ایزوتروپی یک ماده بی شکل ظاهر می شود، به عنوان مثال، در این واقعیت است که یک سطح برش مسطح، مانند یک کریستال با شکاف ایجاد نمی کند، اما یک شکستگی نامنظم "conchoidal" ایجاد می کند. خواص فیزیکی ماده در A.s. - تراکم پذیری، هدایت الکتریکی و حرارتی، نوری. خواص و غیره در همه جهات یکسان است. در یک ماده آمورف انکسار مضاعف وجود ندارد مگر اینکه ماده تحت تنش باشد. با سرد شدن سریع، ماده آمورف را می توان به شکل سخت شده به دست آورد (به اشک باتاوی مراجعه کنید). سپس تنش های داخلی قابل توجهی در آن وجود دارد که باعث ایجاد حاشیه های تداخلی بسیار شدید در دستگاه پلاریزه می شود. بازپخت آهسته سخت شدن را کاملاً از بین می برد. این امر در تولید شیشه از اهمیت بالایی برخوردار است. در حال حاضر، روش نولاریزاسیون-اپتیکی مطالعه تنش در قطعات ماشین بر روی مدل های ساخته شده از پلاستیک های آمورف به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد.

خواص اجسام آمورف با ساختار آنها مشخص می شود. در کریستال‌ها، اتم‌ها یا یون‌ها در یک شبکه کریستالی با الگوی تناوبی مشخصی مرتب شده‌اند. در یک جسم بی شکل، اتم‌ها و مولکول‌ها به‌طور آشفته قرار گرفته‌اند. ایزوتروپی یک ماده بی شکل با توزیع تصادفی ذرات آن توضیح داده می شود. تفاوت شدید در رفتار کریستال ها و مواد آمورف در هنگام تبدیل یک جامد به حالت مایع و برگشت آشکار می شود. منحنی ذوب یک کریستال دارای یک توقف کم و بیش ناگهانی در دما در نقطه ذوب است، جایی که گرمای نهان جذب می شود (نگاه کنید به) و یک تغییر ناپیوسته در تمام خواص تشخیص داده می شود (شکل!). در یک جسم بی شکل، انتقال به تدریج و بدون شکستن تداوم رخ می دهد، و یک "فاصله نرم شدن" مشاهده می شود (فاصله بسیار بزرگ 1000 درجه)، که در آن

زمان t شکل. 1.

(برای عینک معمولی این

یک ماده به تدریج از حالت جامد به حالت سیال تبدیل می شود. هنگامی که روند معکوس می شود، هیپوترمی اغلب تشخیص داده می شود. این ماده در نقطه ذوب متبلور نمی شود، اما با سرد شدن بیشتر در حالت مایع غلیظ می شود، ویسکوزیته آن (نگاه کنید به) بسیار افزایش می یابد، مولکول ها تحرک خود را از دست می دهند، و در نهایت،

انجماد به شکل آمورف رخ می دهد. مولکول‌های ماده در این مورد به‌طور تصادفی مرتب می‌شوند، زیرا به دلیل اصطکاک داخلی عظیم، زمان تشکیل یک شبکه کریستالی منظم را نداشتند. در این حالت گرمای نهان آزاد نمی شود و ذخیره انرژی یک ماده بی شکل بیشتر از یک ماده کریستالی است. بنابراین A.s. از نظر ترمودینامیکی ناپایدار است و تمایل دارد به شکل کریستالی پایدار تبدیل شود. تبلور جامد a.s. بسیار کند پیش می رود؛ شیشه در طول تبلور کدر می شود و به یک توده چینی مانند تبدیل می شود. هنگام تولید شیشه، کریستالیزاسیون اغلب نقص های بزرگی ایجاد می کند و انجماد نامیده می شود. هنگامی که سنگ در حالت بی شکل جامد می شود، فرآیندهای پیوند مولکول ها، پلیمریزاسیون و تراکم (نگاه کنید به) نقش مهمی را ایفا می کنند که برای تولید مواد بسیار مهم است. باکلیت سایر پلاستیک ها

نظریه A.s. بر اساس مطالعه فرآیندهای کریستالیزاسیون و فوق خنک سازی توسعه یافته است. توانایی یک ماده برای تبلور با تعداد مراکز تبلور n تشکیل شده در واحد زمان (شکل 2 - نمودار کلی)، سرعت خطی تبلور v و افزایش ویسکوزیته m) در طول فوق سرد کردن تعیین می شود. همانطور که از منحنی 2 مشاهده می شود، در طول ابرسرد شدن در ابتدا حداکثر نرخ تبلور وجود دارد، اما

در این زمان تعداد مراکز هنوز کم است، زیرا حداکثر این منحنی بسیار زیر نقطه ذوب قرار دارد. با سرد شدن بیشتر، ویسکوزیته بیش از حد بالا می‌رود و تشکیل مراکز را دشوار می‌کند و نرخ کریستالیزاسیون به شدت کم می‌شود. بنابراین، اگر مذاب به سرعت فوق سرد شود، توانایی کریستالی شدن را از دست می دهد و به یک توده شیشه ای بی شکل تبدیل می شود. اگر چه نقطه گذار معینی از یک ماده از A.s. در یک مایع اما وجود دارد، تعدادی از خواص فیزیکی در محدوده نرم شدن رفتار غیرعادی از خود نشان می دهند، تقریباً در نقطه ای که ویسکوزیته مقدار abs دارد. واحدها (نظاره می کند). بنابراین، هنگام گرم شدن، ضریب انبساط در محدوده نرم شدن به شدت افزایش می یابد، همچنین ظرفیت گرمایی، هدایت الکتریکی و دی الکتریک افزایش می یابد. نفوذپذیری، ضریب شکست. بر این اساس، گاهی تصور می‌شود که حالت آمورف شیشه‌ای، حالت چهارم خاصی از ماده است.

با توسعه گسترده تجزیه و تحلیل پرتو ایکس و همچنین پراش الکترون، مشخص شد که بسیاری از اجسام که قبلاً آمورف در نظر گرفته می شدند، در واقع ساختار بلوری ریز دارند، یعنی سیستم های بسیار پراکنده هستند (به سیستم های پراکنده مراجعه کنید). معلوم شد که کربن آمورف از کریستال های ریز و همچنین بسیاری از اکسیدها و هیدرات های اکسیدهای فلزی و تعدادی کلوئید، یعنی ذرات پراکنده در محلول های کلوئیدی تشکیل شده است. مطالعات اشعه ایکس نشان داده است که در شیشه معمولی، در ذوب شده

دمای ساب خنک کننده شکل. 2.

کوارتز، در شیشه بوراکس هسته‌های کریستالی به ابعاد 10~6-10~7 سانتی‌متر وجود دارد. تأیید این واقعیت با تحقیقات بیشتر باید لبه تیز ایده‌های ما در مورد ساختار مواد شیشه‌ای آمورف و اجسام چندبلوری معمولی را صاف کند.

Lit.: K o beko P. P.، حالت آمورف. L.-M., ; و در g u s t i n i k A. I.، شیمی فیزیکی سیلیکات ها. L.-M., ; B o t v i k i n O. K., Introduction to Physical Chemistry of Silicates, M.-L., ; B l yu m-berg B. Ya.، مقدمه ای بر شیمی فیزیکی شیشه، لنینگراد، ; فناوری شیشه (دوره ویژه)، ویرایش. I. I. Kitaygorodsky، ج 1، M.-L.، ; ساختار شیشه. نشست مقالات، ویرایش. M. A. Bezborodova, M.-L., ; Glagolev S.P.، شیشه کوارتز، خواص، تولید و کاربرد آن، M.-L.، ; Lewis W. K.، شیمی مواد کلوئیدی و آمورف، ترجمه. از انگلیسی، M., ; Gatchek E., Viscosity of liquids, 2nd ed., with add. M. P. Volarovich و D. M. Tolstoy، M.-L.

"دولت آمورف" چیست؟ نحوه املای صحیح این کلمه مفهوم و تفسیر.

دولت آمورف (از یونانی amorphos - بی شکل)، حالت متراکم یک ماده، که ویژگی اصلی آن عدم وجود شبکه اتمی یا مولکولی است، یعنی تناوب سه بعدی ساختار مشخصه حالت کریستالی. اجسام آمورف همسانگرد هستند، یعنی خواص آنها (مکانیکی، نوری، الکتریکی و غیره) به جهت بستگی ندارد. مانند. معمولاً اولاً با تعداد کمی از ماکزیمم ها در الگوی پراش (معمولاً 2-4) در برابر پس زمینه هاله پراکنده ایجاد می شود که با نصف عرض زیاد و کاهش سریع شدت با افزایش زاویه پراش مشخص می شود. ثانیاً، به دلیل عدم وجود نوارهای شکاف در طیف ارتعاشی یا الکترونیکی مرتبط با تقارن ساختار (به روش‌های پراش، طیف‌های مولکولی مراجعه کنید). مذاب همه مواد بالاتر از دمای ذوب T pl معمولاً در حالت تعادل ترمودینامیکی هستند که در آن هر ترمودینامیکی وجود دارد. عملکرد حالت (حجم خاص، آنتالپی، آنتروپی) به طور منحصر به فردی توسط دما، فشار و سایر پارامترها تعیین می شود. در T pl این ماده به حالت جامد تعادلی رفته و متبلور می شود (شکل را ببینید). با این حال، تحت شرایط خاص، در دمای کمتر از T pp m. حالت غیر تعادلی مایع فوق سرد شده به دست می آید و با سرد شدن بیشتر در زیر دمای انتقال شیشه ای Tst، حالت جامد غیرتعادلی به دست می آید. (نگاه کنید به حالت شیشه ای). در این حالت، in-in m.b. برای مدت طولانی پایدار است. زمان؛ به عنوان مثال، آتشفشانی شناخته شده است. شیشه (ابسیدین و غیره) که قدمت آن میلیون ها سال تخمین زده می شود. ترمودینامیکی توابع شیشه ای A.s. نه تنها با دما و فشار تعیین می شوند، بلکه به تاریخچه نمونه نیز بستگی دارند (به عنوان مثال، سرعت خنک کننده). فیزیک و شیمی. قدیسان در شیشه ای A. s. معمولا نزدیک به کریستال مقدس است. اصلاحات یک مورد، اما ممکن است تفاوت قابل توجهی داشته باشند. بنابراین، سل شیشه ای GeO2. در محلول های آب و قلیایی، با اسیدهای هیدروفلوئوریک و هیدروکلریک واکنش می دهد، در حالی که اصلاح GeO2 عملاً در آب نامحلول است و بسیار آهسته حل می شود. در محلول های قلیایی هنگامی که گرم می شود، با ترکیبات نشان داده شده واکنش نمی دهد. فواصل دمایی برای وجود حالت های آمورف و کریستالی ماده: خط جامد - حالت تعادل، نقطه چین - غیرتعادل. انتقال از مایع فوق خنک به شیشه ای a.s. معمولاً در یک محدوده دمایی باریک رخ می دهد و با تغییر شدید خصوصیات، به ویژه ویسکوزیته (با 10-15 مرتبه بزرگی)، ضریب دما همراه است. انبساط (10-100 بار)، مدول الاستیک (10-1000 بار)، ظرفیت گرمایی، چگالی و غیره، که به طور رسمی شبیه یک انتقال فاز مرتبه دوم است. با این حال، تشکیل شیشه ای A. s. با ظهور جنین های فاز جدید و فیزیکی همراه نیست. مرزهای فاز T st ترمودینامیکی نیست. مشخصه مورد و بسته به شرایط اندازه گیری ممکن است چندین تغییر کند. ده ها درجه این به دلیل این واقعیت است که در محدوده دمای انتقال شیشه ای، بازسازی ساختار مرتبه کوتاه برد مایع (آرامش ساختاری) به شدت کند می شود، یعنی جنبشی. ماهیت انتقال شیشه ای در زیر Tst، دگرگونی‌های ساختاری در ماده به طور کامل متوقف می‌شوند (در یک زمان مشاهده محدود)، ذرات (اتم‌ها، مولکول‌ها، قطعات مولکول‌ها) فقط قادر به چرخش ارتعاشی و در مقیاس کوچک هستند. حرکات، مشخصه تحرک انتقالی حالت مایع از بین می رود. T. arr.، تفاوت در خواص مایع و جامد A. s. با ماهیت حرکت حرارتی ذرات تعیین می شود. موادی وجود دارند که نمی توان آنها را به شکل کریستالی به دست آورد. وضعیت. این شامل آمار است. کوپلیمرها و آتاکتیک پلیمرها، در ماکرومولکول هایی که توالی واحدهای مونومر در جهت محور زنجیره نامنظم است. اعتقاد بر این است که به دلیل عدم تناوب در ساختار ماکرومولکول ها، تناوب سه بعدی تحت هیچ شرایطی نمی تواند ایجاد شود. ساختار و بنابراین، این چیزها فقط در A.s وجود دارد. سوال در مورد ترمودینامیک ماهیت جامد تعادلی a.s. در حال حاضر باز باقی می ماند (به قانون سوم ترمودینامیک مراجعه کنید). تعدادی از پلیمرهای زنجیره سفت و سخت با Tst بالا فقط در حالت شیشه ای وجود دارند، زیرا هنگامی که گرم می شوند. بالای Tst تجزیه می شوند. تلاش برای ایجاد فیزیکی مدل های A.s. هنوز به موفقیت منجر نشده اند. متن: تاراسوف V.V.، مسائل فیزیک شیشه، ویرایش. G. M. Barteneva, 2nd ed., M., 1979; فیلیپس جی.، فیزیک شیشه، در: فیزیک خارج از کشور، M.، 1983، ص. 154-78; ZallenR., The Physics of amorphous solid, N.Y., 1983. E.F. Oleinik. جی.زی.پینسکر.

وزارت آموزش و پرورش و علوم فدراسیون روسیه

دانشگاه دولتی GOU VPO IRKUTSK

A.L.Petrov، A.A.Gavrilyuk، S.M.Zubritsky

ساختار و ویژگی های جامدات نامرتب

آموزش

ایرکوتسک 2004

UDC 539.213.2

با تصمیم شورای تحریریه و انتشارات دانشگاه دولتی ایرکوتسک منتشر شد

داوران: دکتر شیمی. علوم، پروفسور L.A. Shcherbachenko، گروه فیزیک عمومی، دانشگاه دولتی ایرکوتسک، Ph.D.، دانشیار، گروه فیزیک، ISPU A.E. گافنر.

A.L.Petrov، A.A.Gavrilyuk، S.M.Zubritsky. ساختار و خواص جامدات بی نظم

پایه های فیزیکی ساختار جامدات غیر کریستالی در نظر گرفته شده است. علاوه بر مواد نظری، که ویژگی‌های اصلی حالت شیشه‌ای ماده را توصیف می‌کند، کتاب درسی اطلاعاتی در مورد مواد بی‌شکلی که بیشترین کاربرد را در فناوری دارند و مزایای آنها نسبت به آنالوگ‌های کریستالی ارائه می‌دهد.

برای دانشجویان ارشد گروه فیزیک دانشگاه در نظر گرفته شده است.

کتابشناسی - فهرست کتب 7 عنوان ایل. 13.

©Petrov A.L., Gavrilyuk A.A., Zubritsky S.M., 2004.

مقدمه……………………………………………………………………………………….4

1. حالت آمورف…………………………………………..5

1.1. ماهیت حالت بی شکل…………………………………………………………….

1.2. الگوهای کلی آمورفیزاسیون و تبلور………………..6

1.3. ترمودینامیک حالت آمورف………………………………..13

1.4. تفاوت بین حالت های آمورف و شیشه ای ………….17

1.5. ویژگی های ساختار مواد بی شکل…………………………………………………………………

2. آلیاژهای فلزات آمورف…………………………………………………………

2.1. طبقه بندی آلیاژهای فلزات بی شکل…………………………………………………………………………………………

2.2. روشهای به دست آوردن AMS………………………………………………………..25

2.3. مدل‌های ساختار AMS………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

2.4. آرامش سازه……………………………………………………………………………………

2.5. نقص در AMS……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

2.6. خواص کشسانی و غیر ارتجاعی AMS…………………………………………….…39

2.7. خواص الکتریکی و مغناطیسی AMS…………………………….…42

2.8. ساختارهای مغناطیسی…………………………………………………………………42

2.9. تأثیر آمورفیسم فلز بر حالت مغناطیسی ……………….44

2.10. برانگیختگی های مغناطیسی در فلزات بی شکل……………………...44

3. نیمه هادی های غیر کریستالی ……………………….45

3.1. نیمه هادی های نابسامان توپولوژیکی……………………47

3.2. ساختار منطقه………………………………………………………………

3.3. تهیه نیمه هادی های آمورف…………………………………..59

3.4. رسانایی الکتریکی………………………………………………………………….61

3.5. خواص نوری……………………………………………………………………62

3.6. بیشترین مطالعه شده در نیمه هادی های آمورف……………………….62

3.7. سیلیکون آمورف………………………………………………………….63

3.8. سلنیوم…………………………………………………………….64

3.9. لیوان کالکوژنید…………………………………………………………………………………………………………………

نتیجه‌گیری…………………………………………………………………………………………………………………………………………

به دلیل مقادیر زیاد اختلال و شیوع این سیستم ها در

هسته سرهای مغناطیسی، مواد حسگرهای مغناطیسی مکانیکی،

به دست آوردن مواد جدید غیر کریستالی و به دست آوردن مواد لازم

ویژگی های کلان مطالعه اتصال ضروری است: ترکیب - شرایط به دست آوردن -

ساختار - دارایی آنها امروز روی حل این مشکل کار می کنند.

دانشمندان متخصص در زمینه فیزیک حالت جامد و فیزیکی

علم مواد شیمیایی

1. دولت آمورف

1.1 ماهیت حالت بی شکل.

حالت آمورف یکی از اشکال وجود جامدات است. در میان

انواع دیگر جامدات، مواد آمورف از این جهت با هم تفاوت دارند که با فوق خنک کردن مایع در شرایطی که تبلور می شود، به دست می آیند.

قبل از اینکه ماده به حالت جامد تبدیل شود، زمان لازم را ندارد. که در

در حالت آمورف، تحرک ذرات تشکیل دهنده مایع به قدری کم می شود که سرعت فرآیندهای کریستالیزاسیون به صفر می رسد و

این ماده برای مدت نامحدودی در حالت آمورف جامد باقی می ماند.

تعریف زیر را می توان بیان کرد: یک ماده در یک آمورف

حالت یک ماده جامد غیر کریستالی است که در آن تشکیل شده است

در نتیجه خنک شدن مایع با سرعت کافی برای

جلوگیری از تبلور در هنگام سرد شدن از این به دنبال تعدادی از ویژگی های دومی است. ساختار یک ماده بی شکل باید بسیار نزدیک به ساختار مایعی باشد که این ماده از آن به دست می آید.

به نظر می رسد که ساختار مایع در حین آمورفیزاسیون زمانی که ذرات سازنده ماده در دماهای پایین تحرک خود را از دست می دهند و ماده جامد می شود منجمد می شود - تغییرات بیشتر در ساختار آن غیرممکن است.

مشخص است که در طول تبلور یک مایع ساختار ماده

به طور اساسی تغییر می کند. در نتیجه، در موادی که به راحتی در دمای تبلور متبلور می شوند، تمام خواص ماده بدون استثنا به طور ناگهانی تغییر می کند. وقتی ماده ای که قابلیت تبدیل شدن به حالت آمورف را دارد سرد می شود، تمام خواص آن با دما تغییر می کند

1.2 الگوهای کلی آمورفیزاسیون و تبلور.

اعتقاد بر این است که در اصل، مذاب هر ماده ای را می توان به تبدیل کرد

برخی از فلزات مانند سرب، مس، نقره، این و غیره را نمی توان به دست آورد

در حالت آمورف حتی زمانی که بخار فلز بر روی بستر متراکم می شود،

تا دمای هلیوم مایع (4.2 K) خنک شود. نرخ خنک کننده در

این می تواند به بیش از 1010 K/s برسد. برعکس، شیشه های کوارتز را می توان با استفاده از سرعت خنک کننده بسیار کم (تا 10-5 K/s) بدست آورد.

آلیاژهای سیستم های دوتایی، سه تایی و پیچیده تر به خوبی آمورف می شوند، که نشان دهنده نقش تعیین کننده ساختار اتمی مذاب و پیوندهای بین اتمی در تشکیل حالت آمورف است. هنگام ارزیابی تمایل مذاب برای تشکیل فاز آمورف، بسیار مهم است

اولمن بیانی برای زمان t مورد نیاز برای تبلور در حجم بسیار ناچیز x به دست آورد.

در اینجا η ویسکوزیته است، a 0 میانگین قطر اتمی است، N V 0 تعداد اتم ها در واحد حجم است، H گرمای مولی همجوشی است، f نسبت مناطقی است که در فصل مشترک می توانند توسط اتم ها در طول تبلور اشغال شوند. احتمال رویش کریستال از این مکان ها وجود دارد. علاوه بر این، f = 1 برای خشن

(ناهموار) مرزهای بین فاز و f=0.2 T r برای سطوح صاف (مسطح).

بخش، T r = T/T m و T r = (T m -T)/T m، T m دمای ذوب است.

اجازه دهید دلایل تبدیل یک مایع به حالت آمورف را در نظر بگیریم

ترکیبات و مواد خالص ترتیب قدر صحیح را برای R k می دهد.

بنابراین، هنگامی که یک مایع در زیر نقطه ذوب خود خنک می شود

T m یا متبلور می شود یا بی شکل می شود. در طول تبلور، ویسکوزیته

η، حجم V و آنتروپی H به طور ناگهانی تغییر می کنند. اگر از تبلور اجتناب شود، این خواص به سرعت با دما تغییر می کند، اما نه

1013 Pa. در چنین ویسکوزیته بالایی، حرکات اتمی مانع می شود و زمان استراحت برای بازآرایی اتمی با زمان آزمایشی قابل مقایسه یا حتی بیشتر از آن می شود.

برخی دیگر از گزینه های مربوط به این انتقال مانند

ضریب انبساط حرارتی α T، گرمای ویژه C p (شیب منحنی ها بسته به V و H بر T)، به همان سرعت، اما به طور مداوم از مقادیر مشخصه حالت مایع به نزدیک به مقادیر برای

حالت کریستالی در طول انتقال، هیچ تغییر قابل توجهی در تنظیمات اتمی فضایی وجود ندارد. بدین ترتیب،

با وجود تفاوت زیاد در خواص خود، مایع و شیشه

نرخ خنک کننده یک جسم آمورف اگر با سرعت سرد شدن بالاتری به دست آید، حجم مخصوص و آنتالپی زیادی دارد. این نتیجه در شکل 1.1 ارائه شده است. در این مورد، g1 و g2 مربوط به حالت‌های شیشه‌ای است که با خنک کردن مایع در نرخ‌های vl و v2 به دست می‌آید، با v2 > vl. پس از گرم شدن بعدی با سرعت

کمتر از vl یا v2، شیشه تمایل به شل شدن به سمت ساختاری پایدارتر دارد و این در دماهای کمتر از Tg (دمای انتقال شیشه) رخ می‌دهد. در شکل 1.1 این فرآیند با یک خط نقطه چین نشان داده شده است. با توجه به مدل حجم آزاد یا مدل آنتروپی حالت مایع، همه مایعات باید بی شکل شوند

برای توصیف فرآیند تبلور، از دو ویژگی استفاده می شود: سرعت تشکیل مراکز، تبلور I و سرعت رشد کریستالیت U. برای

TmT

شکل 1.1. وابستگی حجم ویژه V و دمای آنتالپی H o در نرخ های خنک کننده مختلف.

معادلات نشان می دهد که با افزایش α3β I به شدت کاهش می یابد. از این نتیجه می شود که مایعی که حاوی هیچ دانه ای نیست، در αβ 1/3 > 0.9

متبلور نمی شود، اما در مایعاتی که αβ 1/3 هستند< 0.25, подавить кристаллизацию невозможно.

ظهور یک هسته کریستالی (مرکز تبلور) در

مذاب منجر به جدایی بین کریستالی و مایع می شود

فاز. این باعث افزایش انرژی آزاد، متناسب می شود

حاصل ضرب سطح واسط با مقدار کشش سطحی توسط

مرز فاز از طرفی انرژی آزاد حجم

هسته کریستالی در یک مایع در دما تشکیل می شود

در دماهای به اندازه کافی پایین، این سرعت نزدیک به صفر می شود و رشد هسته ها متوقف می شود.

نتیجه این است که هنگام خنک کردن یک مایع، لزوماً باید به محدوده دمایی رسید که در آن فاکتور جنبشی منجر به

کاهش سرعت تشکیل مراکز با کاهش دما باید غالب باشد. در نتیجه، ظهور یک ماکزیمم به دمای وابستگی سرعت تشکیل مراکز تبلور اجتناب ناپذیر است (شکل 1.2). در دمای بالاتر از این حداکثر

ما می توانیم تأثیر کشش سطحی را در سطح مشترک کریستال مایع نادیده بگیریم، زیرا در این مورد نسبت مساحت کوچک است.

کریستال ها باید منجر به افزایش نرخ رشد در کمتر شود

هیپوترمی، نسبت به سرعت تشکیل مراکز معمولی است

(به دلیل عدم وجود عامل کشش سطحی)، و به دلیل شروع کاهش آن در دماهای مربوط به ویسکوزیته کمتر (به دلیل نقش انتشار

انتقال). بنابراین، حداکثر نرخ رشد کریستالیت همیشه است

در ناحیه ای با دمای بالاتر از حداکثر سرعت تشکیل مرکز قرار می گیرد (شکل 1.3).

در حالت خنک کننده از دمای به طور قابل توجهی بالاتر از دمای مایع TL، ماده مایع در برابر تبلور مقاوم تر از حالت گرمایش از حالت آمورف است. این