2015-06-26 03:14:13

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玻璃态不是物质的一个状态,它是固态物质的结构。 固态物质分为晶体非晶体,构成晶体的原子(或离子分子)具有一定的空间结构(即晶格),晶体具有一定的晶体形状,和固定熔点,并不具有各向同性。玻璃态就是一种非晶体,非晶体是固体除晶体的固体。它没有固定的形状和固定熔点,具有各向同性。它们随着温度的升高逐渐变软,最后才熔化。变软后可加工成各种形状。

基本信息

  • 中文名

    玻璃态

  • 外文名

    The glass state

  • 释义

    固态物质的结构

  • 分类

    晶体  非晶体

折叠 编辑本段 定义

指组成原子不存在结构上的长程有序或平移对称性的一种无定型固体状态。

玻璃态可以看成是保持类玻璃特性的固体状态。

折叠 编辑本段 形成

无机玻璃是人类最早合成的无机材料之一,大多数高分子聚合物也都属于玻璃态。玻璃态玻璃态生成玻璃态的氧化物主要是电负性居中的元素,如硼、硅、等。这些元素与氧形成很强共价键,并构成较为开放的三维网络结构,即使温度在材料的熔点以上,这种共价键仍然存在,只是体系中不存在有任何长程有序或平移对称性。这些氧化物的熔融状态具有很高的黏度,在体系温度降低时,容易处于过冷状态,使长程无序得以在固相中保持。过冷液态转变为玻璃态的温度称为玻璃化温度。一些玻璃在低于玻璃化温度经长时间退火,可以使玻璃态向晶态转变,这种现象称为失透。在上述氧化物中加入碱金属氧化物可以在一定程度上打破原有的三维网络,使玻璃化温度降低。人们对硅酸盐玻璃进行了较多的研究,认为在玻璃态下,仍保持着硅氧四面体的结构,但是硅氧四面体之间存在有不同程度的扭曲和旋转,形成无序的三维网络。

聚合物材料受到外力作用时,只能通过改变主链上的键长键角去适应外力,因此聚合物表现出的形变能力很小。形变量与外力大小成正比,外力一旦去除,形变立即恢复。由于该状态下聚合物表现出的力学性质与小分子玻璃很相似,所以将聚合物的这种力学状态称为玻璃态。链段运动处于被冻结的状态,只有键长、键角、侧基、小链节等小尺寸运动单元能够运动。

折叠 编辑本段 特性

1、各向同性:由于玻璃具有统计性均匀结构,在不同方向上具有相同数值性质,如折射率、硬度、弹性模数、介电常数,在无内应力下具有双折射现象。

2、加热时逐渐软化:由脆态进入可塑态、高黏态、最后成为熔体,黏度是连续变化的。

3、熔融和凝固是可逆的:反复加热到熔融态,又按同一制度加热和凝固,如不产生分相和结晶,会恢复到原来的性质。

4、玻璃态的内能比晶体大:在合适的温度条件下,玻璃有结晶是倾向,在液相线以下温度,玻璃结晶是自发的,无需外界做功。

5、玻璃性质在一定范围内随成分发生连续变化:由此可以改变成分来改变玻璃的性质,如普通硅酸盐玻璃是绝缘体,但硫族玻璃为半导体,As2Te3在27℃下的电导率高达10s/m

折叠 编辑本段 物理状态

玻璃状态,表面看上去是固体,实际上并不是。50多年来,科学家一直在尝试弄清玻璃的本质。2008年,英国、澳大利亚及日本的科学家联合研究发现,玻璃无法成为固体的原因在于玻璃冷却时所形成的特殊的原子结构。相关论文2008年6月22日在线发表于《自然-材料学》(Nature Materials)上。

主要研究人员、英国布里斯托尔大学的Paddy Royall说:"一些材料在冷却时会形成结晶,其原子会以高度规则的模式进行排列,称为"晶格"(lattice)。不过玻璃在冷却时,原子拥堵在一起,几乎随机排列,妨碍了规则晶格的形成。"

在实验中,为了观察微观原子的真实运动情况,研究人员利用较大的胶体微粒模拟原子,并用高倍显微镜进行观察。结果发现,这些粒子形成的凝胶因为构成了二十面体结构而无法形成结晶--这与20世纪50年代布里斯托尔大学的Charles Frank作出的预测相一致。这种结构解释了为什么玻璃是"玻璃"而不是液体或固体。

此次研究对于理解亚稳态材料来说是个重大的突破,它将使进一步开发金属玻璃等新材料成为可能。另外,如果能够通过操作使金属在冷却时形成玻璃一样的内部结构,将有可能大大减少金属缺陷1。(科学网 梅进/编译)

(《自然-材料学》(Nature Materials),doi:10.1038/nmat2219,C. Patrick Royall,Hajime Tanaka)

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