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缺乏清楚科學解釋的現(xiàn)象:凝態(tài)物理學非晶質固體

作者:化工綜合網(wǎng)發(fā)布時間:2022-01-08分類:聚合物瀏覽:98


導讀: glassystate  指組成原子不存在結構上的長程有序或平移對稱性的一種無定型固體狀態(tài)?! 〔AB(tài)也可以看成是保持液體結構的固體狀態(tài)。玻璃態(tài)的形成  無機玻璃是人...

 glassy state   指組成原子不存在結構上的長程有序或平移對稱性的一種無定型固體狀態(tài)。   玻璃態(tài)也可以看成是保持液體結構的固體狀態(tài)。


玻璃態(tài)的形成  無機玻璃是人類最早合成的無機材料之一,大多數(shù)高分子聚合物也都屬于玻璃態(tài)。

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玻璃態(tài)


生成玻璃態(tài)的氧化物主要是電負性居中的元素,如硼、硅、鍺和磷等。這些元素與氧形成很強共價鍵,并構成較為開放的三維網(wǎng)絡結構,即使溫度在材料的熔點以上,這種共價鍵仍然存在,只是體系中不存在有任何長程有序或平移對稱性。這些氧化物的熔融狀態(tài)具有很高的黏度,在體系溫度降低時,容易處于過冷狀態(tài),使長程無序得以在固相中保持。過冷液態(tài)轉變?yōu)椴AB(tài)的溫度稱為玻璃化溫度。一些玻璃在低于玻璃化溫度經(jīng)長時間退火,可以使玻璃態(tài)向晶態(tài)轉變,這種現(xiàn)象稱為失透。在上述氧化物中加入堿金屬氧化物可以在一定程度上打破原有的三維網(wǎng)絡,使玻璃化溫度降低。人們對硅酸鹽玻璃進行了較多的研究,認為在玻璃態(tài)下,仍保持著硅氧四面體的結構,但是硅氧四面體之間存在有不同程度的扭曲和旋轉,形成無序的三維網(wǎng)絡。


  當聚合物材料受到外力作用時,只能通過改變主鏈上的鍵長、鍵角去適應外力,因此聚合物表現(xiàn)出的形變能力很小。形變量與外力大小成正比,外力一旦去除,形變立即恢復。由于該狀態(tài)下聚合物表現(xiàn)出的力學性質與小分子玻璃很相似,所以將聚合物的這種力學狀態(tài)稱為玻璃態(tài)。鏈段運動處于被凍結的狀態(tài),只有鍵長、鍵角、側基、小鏈節(jié)等小尺寸運動單元能夠運動。


玻璃態(tài)列舉
  玻璃態(tài)是原子或分子物形成的具透光性的晶體狀態(tài).如金剛石,硅酸鹽玻璃,等等都是玻璃態(tài).


科學家揭示玻璃非固體之謎
  玻璃表面看上去是固體,實際上并不是。50多年來,科學家一直在嘗試弄清玻璃的本質。近日,英國、澳大利亞及日本的科學家聯(lián)合研究發(fā)現(xiàn),玻璃無法成為固體的原因在于玻璃冷卻時所形成的特殊的原子結構。相關論文6月22日在線發(fā)表于《自然—材料學》(Nature Materials)上。


  主要研究人員、英國布里斯托爾大學的Paddy Royall說:“一些材料在冷卻時會形成結晶,其原子會以高度規(guī)則的模式進行排列,稱為“晶格”(lattice)。不過玻璃在冷卻時,原子擁堵在一起,幾乎隨機排列,妨礙了規(guī)則晶格的形成?!?


  在實驗中,為了觀察微觀原子的真實運動情況,研究人員利用較大的膠體微粒模擬原子,并用高倍顯微鏡進行觀察。結果發(fā)現(xiàn),這些粒子形成的凝膠因為構成了二十面體結構而無法形成結晶——這與20世紀50年代布里斯托爾大學的Charles Frank作出的預測相一致。這種結構解釋了為什么玻璃是“玻璃”而不是液體或固體。


  此次研究對于理解亞穩(wěn)態(tài)材料來說是個重大的突破,它將使進一步開發(fā)金屬玻璃等新材料成為可能。另外,如果能夠通過操作使金屬在冷卻時形成玻璃一樣的內部結構,將有可能大大減少金屬缺陷。

標簽:非晶物理學固體


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