非晶態(tài)物質(zhì)的本質(zhì)和特性

楊昊坤

（聊城市第一中學(xué)，山東聊城 252000）

非晶態(tài)物質(zhì)的本質(zhì)和特性

楊昊坤

（聊城市第一中學(xué)，山東聊城 252000）

非晶態(tài)物質(zhì)是人們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ娕c自然界中普遍存在的物質(zhì)，近年來由于科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，非晶態(tài)物質(zhì)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，人們對(duì)非晶態(tài)物質(zhì)也越來越重視，因此，應(yīng)對(duì)非晶態(tài)物質(zhì)本質(zhì)進(jìn)行研究與分析，并根據(jù)其特性提升其應(yīng)用效率，促進(jìn)非晶態(tài)物質(zhì)的發(fā)展，保證其他科學(xué)領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展。

非晶態(tài)物質(zhì) 本質(zhì) 特性

由于非晶態(tài)物質(zhì)在眾多行業(yè)與科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用較為廣泛，因此目前非晶態(tài)物質(zhì)研究與發(fā)展現(xiàn)狀中凸顯一些問題，對(duì)非晶態(tài)物質(zhì)的研究與發(fā)展產(chǎn)生了制約，本文對(duì)非晶態(tài)物質(zhì)進(jìn)行概述，并分析了非晶態(tài)物質(zhì)的本質(zhì)與特性，為解決目前非晶態(tài)物質(zhì)研究發(fā)展中的問題，提高非晶態(tài)物質(zhì)的應(yīng)用率，加快與非晶態(tài)物質(zhì)息息相關(guān)的其他行業(yè)以及科學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展提供了科學(xué)借鑒，對(duì)促進(jìn)我國(guó)科技與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要意義。

1 非晶態(tài)物質(zhì)概述

概念：非晶態(tài)物質(zhì)即非晶體的物質(zhì)，非晶態(tài)物質(zhì)的內(nèi)部分子或原子的三維空間排列結(jié)構(gòu)沒有明顯的周期性，常見的非晶體物質(zhì)有松香、玻璃等。非晶體物質(zhì)與晶體物質(zhì)相比其自然形態(tài)不能形成多面體外觀，沒有固定的熔點(diǎn)，各向同性——物理性質(zhì)不會(huì)隨著宏觀測(cè)定方向改變。

應(yīng)用：由于非晶體物質(zhì)的特性其在生產(chǎn)與生活中應(yīng)用廣泛，主要包括三個(gè)方面，第一非晶態(tài)金屬物質(zhì)材料應(yīng)用，與晶體金屬相比非晶態(tài)金屬具在電磁、力學(xué)、化學(xué)等方面具備優(yōu)良的性能，其耐磨與抗腐蝕性能優(yōu)異，硬度與強(qiáng)度高、磁道性好、正被廣泛應(yīng)用于電子元器件、儲(chǔ)備器皿制造、高功率器材和傳感器件制造等領(lǐng)域［1］。第二，玻璃類非晶態(tài)物質(zhì)材料應(yīng)用，目前一番展出全新的特種玻璃制造與應(yīng)用行業(yè)。第三，非晶態(tài)半導(dǎo)體材料應(yīng)用領(lǐng)域，目前非晶態(tài)半導(dǎo)體材料已經(jīng)廣泛應(yīng)用于太陽能電池制造、光盤制造、薄膜晶體管制造與傳感器制造等領(lǐng)域。

2 非晶態(tài)物質(zhì)的本質(zhì)

首先，非晶態(tài)物質(zhì)是一種新型結(jié)構(gòu)物質(zhì)，日常生活中許多常見物質(zhì)都屬于非晶態(tài)物質(zhì)，如常見的類似于玻璃塑料等一些高分子聚合物的物質(zhì)。非晶態(tài)物質(zhì)近年來發(fā)展較快［2］，關(guān)于非晶態(tài)物質(zhì)的本質(zhì)，曾經(jīng)一些科學(xué)家試圖從非晶態(tài)物質(zhì)發(fā)展的時(shí)間、非晶態(tài)物質(zhì)結(jié)構(gòu)、非晶態(tài)物質(zhì)能量以及非晶態(tài)物質(zhì)性能等方面進(jìn)行闡述與定義，但單純的從任何角度都不能全面的闡述非晶態(tài)物質(zhì)的本質(zhì)。從非晶態(tài)物質(zhì)的能量上來看，非晶態(tài)物質(zhì)較同成分物質(zhì)的能量要高出許多，非晶態(tài)物質(zhì)的自由能量也要比其他相同成分的晶態(tài)物體要高出很多，因此非晶態(tài)物質(zhì)能量與結(jié)構(gòu)都處于不穩(wěn)定狀態(tài)，與時(shí)間有著密切的聯(lián)系，會(huì)隨時(shí)間的變化而改變，同時(shí)也會(huì)隨著外界溫度和壓強(qiáng)的變化發(fā)生相應(yīng)的變化。由此可見非晶態(tài)物質(zhì)與晶態(tài)物質(zhì)相比來說處于亞穩(wěn)態(tài)。

其次，按照非晶態(tài)物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)可以將其分成兩類，（1）原子、粒子排列無序結(jié)構(gòu)（2）原子、粒子排列有序結(jié)構(gòu)。劃分依據(jù)主要是根據(jù)微觀上分子與原子的排列是否按照對(duì)稱、平移的規(guī)則進(jìn)行排列，如果按照此規(guī)則排列就屬于有序排列，這類物質(zhì)一般是晶態(tài)和準(zhǔn)晶態(tài)物質(zhì)，反之則屬于原子、粒子無序結(jié)構(gòu)排列，也就是非晶態(tài)物質(zhì)。由此可見非晶態(tài)物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)首先是無序的，在電子顯微鏡的投射與X射線的衍射中呈現(xiàn)出彌散的暈環(huán)，不具備周期性的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，這是非晶態(tài)物質(zhì)的本質(zhì)表現(xiàn)。

3 非晶態(tài)物質(zhì)的特性

3.1 普遍存在性

非晶態(tài)物質(zhì)的普遍存在性是非晶態(tài)物質(zhì)的重要特性之一，因此非晶態(tài)物質(zhì)在自然界與生活中普遍存在。由于非晶態(tài)物質(zhì)種類繁多、物質(zhì)形式豐富，如人們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ姷牟ＡАr青、塑料、橡膠等都屬于非晶態(tài)物質(zhì)中的玻璃態(tài)固體。同時(shí)一些軟物質(zhì)例如，膠體、液體、顆粒物質(zhì)等也屬于非晶態(tài)物質(zhì)范疇，甚至宇宙星球中的一些行星，包括地球都屬于非晶態(tài)物質(zhì)［3］。目前非晶態(tài)物質(zhì)問題涉及到更多的科學(xué)領(lǐng)域，因此解決非晶態(tài)物質(zhì)問題對(duì)更多科學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展都具有重要意義，例如非晶態(tài)物質(zhì)中玻璃所涉及到的問題有關(guān)材料科學(xué)、食品加工領(lǐng)域、制藥等多種領(lǐng)域，同時(shí)非晶態(tài)物質(zhì)中的非晶合金存在的問題對(duì)一些固體模型體系具有重大影響，由此可見利用非晶態(tài)物質(zhì)的普遍存在性，深入研究非晶態(tài)物質(zhì)，不僅對(duì)非晶態(tài)領(lǐng)域的發(fā)展具有重要意義，還決定著各個(gè)科學(xué)領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展。

3.2 其特征與時(shí)間密切相關(guān)

非晶態(tài)物質(zhì)的特征變化與時(shí)間具有緊密的關(guān)系是非晶態(tài)物質(zhì)的另一重要特性，非晶態(tài)物質(zhì)具有弛豫與老化的特征，這些特征與時(shí)間有著重要的聯(lián)系，由于非晶態(tài)物質(zhì)的物理結(jié)構(gòu)決定其老化與弛豫現(xiàn)象隨時(shí)間的變化而變化，所以對(duì)非晶態(tài)物質(zhì)的穩(wěn)定性加以研究尤為重要。此外非晶態(tài)物質(zhì)是由多種類型和多元化結(jié)構(gòu)組建，非晶態(tài)物質(zhì)的特點(diǎn)證明了它的復(fù)雜程度，這決定了對(duì)非晶態(tài)物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性能的理論基礎(chǔ)與實(shí)踐研究都具有一定的難度，根據(jù)目前現(xiàn)有的非晶態(tài)物質(zhì)分析與研究手段還不能很好的觀察與研究非晶態(tài)物質(zhì)的組織結(jié)構(gòu)，還不具備建立非晶態(tài)物質(zhì)中的原子、粒子等尺度上的化學(xué)關(guān)系以及物理關(guān)系，因此非晶態(tài)物質(zhì)特征與時(shí)間變化的關(guān)系使非晶態(tài)物質(zhì)結(jié)構(gòu)在完善分析、研究中出現(xiàn)一定的困境，制約著非晶態(tài)物質(zhì)的研究與應(yīng)用發(fā)展，鑒于此，目前研究并改善時(shí)間對(duì)非晶態(tài)物質(zhì)結(jié)構(gòu)變化的關(guān)系成為非晶態(tài)物質(zhì)研究的重要課題之一。

3.3 非晶物質(zhì)原子結(jié)構(gòu)復(fù)雜性

非晶態(tài)物質(zhì)由于缺乏穩(wěn)定性，其原子與粒子的排列結(jié)構(gòu)無序不規(guī)則，因此，非晶態(tài)物質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)具有一定的復(fù)雜性，晶體中的每一個(gè)原子細(xì)胞都是相同的，只有原子細(xì)胞中的局部環(huán)境不相同，而在非晶態(tài)物質(zhì)中，由于原子和納米結(jié)構(gòu)以及動(dòng)力學(xué)均不相同，區(qū)域間的差異較大，每個(gè)原子局域環(huán)境都不同，具有較多的晶體復(fù)合物與雜質(zhì)，由此可見非晶體物質(zhì)原子周邊結(jié)構(gòu)較晶體物質(zhì)要復(fù)雜很多。

4 結(jié)語

綜上所述非晶態(tài)物質(zhì)的本質(zhì)具有較抽象性，對(duì)非晶態(tài)物質(zhì)本質(zhì)的研究至今還是科學(xué)領(lǐng)域的重要課題，而對(duì)非晶他物質(zhì)特性的分析，能夠有效提高非晶態(tài)物質(zhì)的研究發(fā)展效率，對(duì)有針對(duì)性的分析與研究非晶態(tài)物質(zhì)存在的問題具有重要意義。

［1］汪衛(wèi)華.非晶中“缺陷”——流變單元研究［J］.中國(guó)科學(xué)∶物理學(xué)力學(xué) 天文學(xué)，2014（04）.

［2］張黎楠，諶祺，柳林.Zr55Cu30Al10Ni5塊體非晶合金在過冷液態(tài)區(qū)的流變行為及本構(gòu)關(guān)系［J］.金屬學(xué)報(bào)，2013（04）.

［3］張哲峰，伍復(fù)發(fā)，范吉堂，張輝.非晶合金材料的變形與斷裂［J］.中國(guó)科學(xué)（G輯∶物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué)），2013（04）.