2.3非晶态材料的结构2011

第二章非晶态物理学非晶态物理学一门发展迅速的新兴学科，是凝聚态物理的一个十分活跃的前沿领域，并已成为材料学科的重要分支之一。

我们日常所见到的各种玻璃、塑料、非晶态超导体、非晶态离子导体乃至千变万化的生物世界，有相当一部分就是非晶体，或是由非晶体所组成。

和晶态物理相比，人们对各种无序体系和非晶态物质的研究尚处于初级阶段，无论在基础理论、微观结构、宏观特性，或新材料、新工艺探索方面，都有大量的问题有待于人们去解决。

非晶态物理(Amorphous solid physics)包括非晶态的结构、形成、稳定性和相变动力学，以及物理、化学特性和理论模型等方面的内容。

§2.1 物质的两种基本状态——有序态和无序态自然界中的各种物质按物理状态可以分为有序结构和无序结构两类。

晶体为典型的有序结构，而气体、液体和某些固体（如非晶态固体）都属于无序结构。

气体相当于物质的稀释态，液体和非晶态固体相当于凝聚态。

可以认为气体的分子间没有任何相互作用，分子处于完全的无序状态；液体的分子无序地密集堆叠在一起；非晶态固体的分子象在液体中一样，以相同的紧压程度无序堆积。

所不同的是：在液体中，分子较容易滑动；在非晶态固体中，分子不能滑动，具有固有的形状和很大的刚硬性。

在液体和非晶态固体中的无序并不是单纯的“混乱”，而是破坏了有序系统的某些对称性，形成的一种有缺陷的、不完整的有序。

存在“短程有序”是液体和非晶态固体的基本特征之一。

晶体与非晶态固体的根本区别在于晶体中的原子排列具有长程有序，而非晶态固体中没有长程有序，原子排列是极其无序的。

图3衍射环的弥散程度要比任何小晶粒组成的多晶体大得多，表明非晶体可以看成由书目及多、无规取向的小集团组成，而在每个小集团内部的原子排列是有序的。

只是这种小集团比小晶粒要小得多，即短程有序。

实际的晶体中，也存在各种不规则、不完整和缺陷等无序性。

这种极其细微的偏差，却对晶体和非晶态的宏观性质有极为重要的影响。

非晶合金组织结构及性能分析随着现代科学技术的快速发展，材料学科已经成为现代工程与科技发展的核心之一，而非晶合金正是材料学科中备受瞩目的重要类别之一。

在材料结构与性能方面，非晶合金呈现出了巨大的潜力和广泛的应用前景。

本文将重点探讨非晶合金的组织结构和性能，并分析其在材料学科中的应用和未来发展趋势。

一、非晶合金的组织结构非晶合金是指在熔态下，以快速冷却的方式获得的非晶态合金。

非晶合金的组织结构可以分为两种：非晶态和部分晶态。

在非晶态中，由于快速冷却的速度极快，使得元素之间没有足够的时间进行排列组合，因此形成了无序堆积的结构，这种结构形态类似于玻璃的结构，因此也被称为“金属玻璃”。

而在部分晶态中，由于快速冷却的速度虽然极快，但其不足以形成完全的非晶态结构，因此其中仍然存在一部分晶体结构。

这些晶体的大小和数量都与冷却速率、成分和合金化处理等因素有关，并且在快速冷却处理过程中，晶体的大小通常很小，一般去到纳米级别以下。

二、非晶合金的性能分析由于非晶合金的结构和晶体结构不同，因此其性能也和晶体材料有很大的差异。

以下将重点分析其电学、力学和热学性能。

1. 电学性能非晶合金的电学特性是其最具代表性的性能之一。

非晶合金常常具有非晶态高阻值、大电阻温度系数和良好的电路性能等优点。

首先，由于非晶态合金的微观结构是没有长程有序性的，因此不存在像晶体材料中那样的能隙带和与带隙相关的状态密度效应，进而导致了非晶合金的电阻高于晶体材料。

其次，非晶合金的电阻温度系数大，也就是说，其电阻随着温度的变化程度比晶体材料更加剧烈。

这种特点让非晶合金在电阻器、温度计等电路元件中得到了广泛的应用。

2. 力学性能除了电学性能，非晶合金的机械和力学性能也是其它代表性特点之一。

由于非晶合金的微观结构无序，因此也不存在着常规晶体中的一些结构缺陷。

这一特性让非晶合金显示出了以下几种性质：高强、高剛度、高韌性、高耐磨、高弹性回收率等。

其次，非晶合金所具备的独特结构和性质，让它们在机械、电子、航天等领域得到了广泛的应用。

材料物理思考题2011第二章材料的晶态结构1、重要名词：晶体：内部质点在三维空间呈周期性重复排列的固体。

非晶态：熔体、液体和不具有晶体结构的物质准晶体：具有准周期性（周期对称性），长程无序的亚稳态，不具有固定熔点的固体物质点阵（晶格）：阵点（将构成晶体的质点抽象成纯粹的几何点）在空间呈周期性规则排列，并具有等同的周围环境的模型为点阵。

作许多平行的直线把阵点连接起来，构成一个三维的几何构架称为晶格。

晶胞：在空间点阵中，能代表空间点阵结构特点的小平行六面体；整个空间可由晶胞作三维重复堆砌而构成同素异构现象：固态金属在不同温度和压力下具有不同的晶体结构即具有多晶型性，转变的产物称为同素异构体。

合金：是指由两种或两种以上的金属或金属与非金属经熔炼、烧结或其他方法组合而成并具有金属特性的物质固溶体：是以某一组元作为溶剂，在其晶体点阵中溶入其他组元原子（溶质原子）所组成的均匀混合的固态熔体，他保持着溶剂的晶体结构类型。

间隙式固溶体：溶质原子分布于溶剂晶格间隙而形成的固溶体称为间隙固溶体。

置换式固溶体：溶质原子占据溶剂点阵的阵点，或者说溶质原子置换了溶剂点阵的部分溶剂原子这种固溶体称为置换式固溶体。

中间相：合金组元相互作用形成的晶格类型和特性完全不同于任意组元的新相即为金属化合物，或称中间相。

间隙相和间隙化合物：由过渡族金属元素与碳、氮、氢、硼等原子半径较小的非金属元素形成的化合物为间隙化合物。

超结构（超点阵，有序固溶体）：有序固溶体结构的通称陶瓷：无机非金属材料统称为陶瓷。

特种陶瓷：由人工合成原料制成的新型陶瓷材料，如：Al2O3,Si3N4,SiC,BN等。

硅氧四面体：（1）每个Si4+存在于4个O2-为顶点的四面体中心，构成硅氧四面体，它是硅酸盐晶体结构的基础。

（2）[SiO4]四面体的每个顶点，即O2-最多只能为两个[SiO4]所共用。

（3）两个邻近的[SiO4]四面体之间，只能以共顶而不以共棱或共面相联接。

非晶合金材料的结构与热力学性质非晶合金材料是指由非晶态或部分非晶态的金属和非金属元素组成的材料。

与晶态材料相比，非晶合金材料具有独特的结构和热力学性质，因此在各个领域中得到了广泛的应用。

首先，非晶合金材料的结构与热力学性质密切相关。

晶态材料的结构是有序的，由原子或离子按照一定的规则排列而成，而非晶合金材料的结构是无序的，没有明显的长程周期性。

这种无序结构使得非晶合金材料具有较高的熵值，相比晶态材料更加稳定。

其次，非晶合金材料的无序结构赋予了其独特的热力学性质。

非晶合金材料具有较高的玻璃转变温度和较好的抗腐蚀性能，这些性质使得其在航空航天、电子、化工等领域中得到广泛应用。

此外，非晶合金材料还具有优良的磁性能和形状记忆效应，被广泛应用于电子器件制造和高科技领域。

非晶合金材料的结构与热力学性质与其制备方法密切相关。

非晶合金材料的制备方法包括快速凝固、溅射法和等离子体法等多种。

其中，快速凝固是获得非晶合金材料最常用的方法之一。

快速凝固技术利用快速冷却使金属液态迅速凝固成非晶结构，从而得到非晶合金材料。

通过调节凝固速度和合金成分，可以控制非晶合金材料的结构和性质。

非晶合金材料在各个领域中的应用都具有重要的意义。

在电子领域，非晶合金材料可用于制备高性能的磁盘存储器和传感器等器件。

在航空航天领域，非晶合金材料具有优异的强度和韧性，适用于制造高速导弹和火箭等。

在能源领域，非晶合金材料可用于制备高效的储能材料和催化剂。

在医疗领域，非晶合金材料可用于制备人工关节和导管等。

虽然非晶合金材料具有广泛的应用前景，但其制备和应用仍面临一些挑战。

首先，非晶化技术仍存在一定的制备难度和成本问题。

其次，非晶合金材料的性能与其成分和结构密切相关，因此如何优化合金成分、控制凝固速度和制备工艺仍是一个研究的热点。

值得注意的是，非晶合金材料的热稳定性和机械性能也需要进一步提高。

总而言之，非晶合金材料具有独特的结构和热力学性质，广泛应用于电子、航空航天、能源和医疗等领域。

非晶态材料的结构与性能随着科技的发展，各种新材料相继问世。

在其中，非晶态材料作为一种成长迅速的新材料，备受瞩目。

非晶态材料和晶体材料相比有很多优点，例如它们可以在更广阔的温度和压力范围内应用，更具有强韧性和可塑性等等。

那么，非晶态材料的结构和性能究竟是如何的呢？一、非晶态材料的结构非晶态材料没有明显的晶体结构，因此不遵循布拉格定律。

它们的原子排列比较混乱，而且在不同的尺度上都没有规则性。

这种结构使得非晶态材料具有高度的均质性，使其性能更加稳定可靠。

对于非晶态材料，其结构中存在的缺陷和杂质对其性质影响会相对较小，而同种材料之间的性质差异较大，这给材料定量研究和开发带来了很大的挑战。

二、非晶态材料的性能非晶态材料的最大特点是其在不同条件下表现出相似甚至相同的性质，因此具有广泛的应用前景。

1.高强度和韧性由于非晶态材料的结构不规则且高度均匀，使其表现出比晶态材料更高的强度和韧性。

这是由于不规则结构造成了原子之间更高的连接性，离子之间更紧密的排列，因此能够更抗拉，更不容易破坏。

2.高温下的稳定性非晶态材料在高温下具有很高的稳定性。

它们可作为制备高温耐用材料的发展方向。

该材料具有化学稳定性，耐腐蚀性和热应力等性质，可以应用于各种高温工业炉。

3.优越的磁性能非晶态材料还具有优越的磁性能。

其由于多种原子之间的交互作用而表现出特殊的磁滞回线和剩磁效应，在工业制造中应用非常广泛，如用作电动机的电路铁芯，音频转盘控制等等。

4.优异的光学性质非晶态材料的光学性质也非常优异。

这是由于这些材料的非晶态结构使得光线的传导更加稳定，而能够反射更多的光线。

迄今，非晶态材料已应用于电器元件、计算机记录材料、接头导体、悬浮液晶等领域中，其发展前景广阔。

总之，非晶态材料的结构和性质十分独特，其重要意义和深远发展前景值得期待。

未来，研究人员将进一步研究该材料的性质，以提高其应用价值，推动相关工业的快速发展。