1、第一節(jié)第一節(jié) 非晶材料的基本概念和基本性質(zhì)非晶材料的基本概念和基本性質(zhì)1.1.有序態(tài)與無序態(tài)有序態(tài)與無序態(tài)有序態(tài)：原子規(guī)則地周期性排列；有序態(tài)：原子規(guī)則地周期性排列； 晶體（單晶、多晶）晶體（單晶、多晶）2.2.無序態(tài)：原子無規(guī)則排列；無序態(tài)：原子無規(guī)則排列；氣體、液體、非晶固體氣體、液體、非晶固體3.3.凝聚態(tài)：液體、非晶固體、晶體凝聚態(tài)：液體、非晶固體、晶體2. 長(zhǎng)程有序和短程有序長(zhǎng)程有序和短程有序晶體：長(zhǎng)程有序、短程無序；晶體：長(zhǎng)程有序、短程無序；非晶體：長(zhǎng)程無序，短程有序；非晶體：長(zhǎng)程無序，短程有序；3.單晶、多晶、微晶和非晶單晶、多晶、微晶和非晶晶格排列整齊狀況晶格排列整齊狀況單晶單

2、晶多晶多晶微晶微晶非晶非晶 非晶材料基本概念4.4.非晶態(tài)基本定義非晶態(tài)基本定義1 1）定義定義：組成物質(zhì)的原子、分子的空間排列：組成物質(zhì)的原子、分子的空間排列不呈周期性和平移對(duì)稱性，晶格的長(zhǎng)程有序不呈周期性和平移對(duì)稱性，晶格的長(zhǎng)程有序收到破壞，只有由于原子間相互關(guān)聯(lián)作用，收到破壞，只有由于原子間相互關(guān)聯(lián)作用，使其在小于幾個(gè)原子間距地小區(qū)間內(nèi)（使其在小于幾個(gè)原子間距地小區(qū)間內(nèi)（1-1-1.5 nm1.5 nm），仍然保持形貌和組分地某些有序），仍然保持形貌和組分地某些有序特征而具有短程有序，這一類物質(zhì)稱為非晶特征而具有短程有序，這一類物質(zhì)稱為非晶態(tài)態(tài)非晶態(tài)結(jié)構(gòu)特征 非晶材料的分類 2.2.非晶

3、半導(dǎo)體非晶半導(dǎo)體1 1）四面體配位半導(dǎo)體：）四面體配位半導(dǎo)體：SiSi、GeGe；2 2）硫系非晶半導(dǎo)體）硫系非晶半導(dǎo)體3.3.非晶態(tài)超導(dǎo)體：非晶態(tài)超導(dǎo)體：4.4.非晶態(tài)高分子材料非晶態(tài)高分子材料5.5.非晶體玻璃非晶體玻璃非晶態(tài)特性1.1.力學(xué)行為力學(xué)行為：高強(qiáng)度、高韌性：高強(qiáng)度、高韌性2.2.化學(xué)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)：耐腐蝕：耐腐蝕3.3.軟磁特性軟磁特性：磁導(dǎo)率和飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度高、矯完力：磁導(dǎo)率和飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度高、矯完力低、損耗低低、損耗低4.4.超導(dǎo)特性超導(dǎo)特性5.5.光學(xué)性質(zhì)：光學(xué)性質(zhì)：光吸收：位置移動(dòng)光吸收：位置移動(dòng)光電導(dǎo)：光電導(dǎo)：光致發(fā)射光致發(fā)射6.6.其它性質(zhì)其它性質(zhì)：電阻率高、負(fù)的電

4、阻系數(shù)：電阻率高、負(fù)的電阻系數(shù) 莫特莫特（Nevill Francis Mott, 1905-） 第二節(jié) 非晶材料的形成理論動(dòng)力學(xué)理論1.1.成核速率成核速率HEVHVVVVSVHEVrmmmrmrrrVHVIIIfTTNAIakTTTTTTTTTTTkTGTTNI00)(229. 1exp)3/(2 . 0/ )(/,/60229. 1exp32030*320NV：?jiǎn)挝惑w積分子數(shù)；：?jiǎn)挝惑w積分子數(shù)；Tm：熔點(diǎn)；：熔點(diǎn)；A0：分子直徑；：分子直徑；：粘度：粘度2.2.晶體生長(zhǎng)速率：晶體生長(zhǎng)速率：分子熔化熱fMrfMHRTTHafexp(1 03.3.形成非晶體需要的冷卻速度：形成非晶體需要的冷

5、卻速度：時(shí)間Tm溫度液體開始結(jié)束結(jié)晶玻璃非晶形成條件1 1）晶核形成的熱力學(xué)勢(shì)壘）晶核形成的熱力學(xué)勢(shì)壘G G要大，液體中不存在成核介要大，液體中不存在成核介質(zhì)；質(zhì)；2 2）結(jié)晶的動(dòng)力學(xué)勢(shì)壘要大，物質(zhì)在）結(jié)晶的動(dòng)力學(xué)勢(shì)壘要大，物質(zhì)在T Tm m或液相溫度處粘度要或液相溫度處粘度要大；大；3 3）在粘度與溫度關(guān)系相似的條件下，）在粘度與溫度關(guān)系相似的條件下，T Tm m或液相溫度要低；或液相溫度要低；4 4）原子要實(shí)現(xiàn)較大的重新分配，達(dá)到共晶點(diǎn)附近的組成。）原子要實(shí)現(xiàn)較大的重新分配，達(dá)到共晶點(diǎn)附近的組成。結(jié)構(gòu)化學(xué)理論1.1.鍵性鍵性：離子鍵：靜電作用，無飽和性、方向性、傾離子鍵：靜電作用，無飽和性

6、、方向性、傾向于緊密堆積，易形成晶體；向于緊密堆積，易形成晶體；共價(jià)鍵：有方向性和飽和性，鍵長(zhǎng)和鍵角不共價(jià)鍵：有方向性和飽和性，鍵長(zhǎng)和鍵角不易改變，原子不易擴(kuò)散，有阻礙結(jié)晶的作易改變，原子不易擴(kuò)散，有阻礙結(jié)晶的作用。用。分子間作用力：分子間作用力：2.2.鍵強(qiáng)鍵強(qiáng)三個(gè)參量：三個(gè)參量：1 1）離解能：化學(xué)鍵斷裂需要的能量；）離解能：化學(xué)鍵斷裂需要的能量；2 2）平均鍵能：所有化學(xué)建平均鍵能之和；）平均鍵能：所有化學(xué)建平均鍵能之和；3 3）力常數(shù)：化學(xué)鍵對(duì)其鍵長(zhǎng)變化的阻力；）力常數(shù)：化學(xué)鍵對(duì)其鍵長(zhǎng)變化的阻力；力常數(shù)大，離解能也大，易于形成玻璃力常數(shù)大，離解能也大，易于形成玻璃3.3.幾何結(jié)構(gòu)：幾何

7、結(jié)構(gòu)：1 1）T Tg g附近，有大分子存在，粘度大、擴(kuò)散系數(shù)小、軟化點(diǎn)和沸點(diǎn)相差大，溫度附近，有大分子存在，粘度大、擴(kuò)散系數(shù)小、軟化點(diǎn)和沸點(diǎn)相差大，溫度下降，易于形成玻璃；下降，易于形成玻璃；2 2）某些低分子化合物有氫鍵作用，易于形成締合結(jié)構(gòu)；）某些低分子化合物有氫鍵作用，易于形成締合結(jié)構(gòu)；3 3）大分子結(jié)構(gòu)是形成玻璃的一個(gè)重要條件；）大分子結(jié)構(gòu)是形成玻璃的一個(gè)重要條件；根據(jù)半徑與電負(fù)性關(guān)系根據(jù)半徑與電負(fù)性關(guān)系1 1）半徑大于）半徑大于0.15nm0.15nm原子組成的氧化物不能形成玻璃；原子組成的氧化物不能形成玻璃；2 2）半徑小于）半徑小于0.13nm0.13nm，電負(fù)性介于，電負(fù)性介

8、于1.8-2.11.8-2.1的原子組成的氧化物即為玻璃的原子組成的氧化物即為玻璃形成體，其結(jié)構(gòu)具有擴(kuò)展的形成體，其結(jié)構(gòu)具有擴(kuò)展的AOAO4 4 四面體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)或者四面體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)或者AOAO3 3 層狀結(jié)構(gòu)；層狀結(jié)構(gòu)；共價(jià)鍵方式結(jié)合；共價(jià)鍵方式結(jié)合；3 3）電負(fù)性介于）電負(fù)性介于1.8-2.11.8-2.1，原子半徑稍大一些，采用特殊方法，也可形成，原子半徑稍大一些，采用特殊方法，也可形成玻璃；玻璃；4 4）電負(fù)性小于）電負(fù)性小于1.81.8的原子組成的氧化物不能形成玻璃，但是非玻璃氧化的原子組成的氧化物不能形成玻璃，但是非玻璃氧化物與其它一些非玻璃氧化物組成的二元或三元體系卻照例形成玻璃物與其它一些非玻璃氧化物組成的二元或三元體系卻照例形成玻璃（鋁酸鹽、鎵酸鹽）（鋁酸鹽、鎵酸鹽）5 5）陽(yáng)離子電負(fù)性大于）陽(yáng)離子電負(fù)性大于2.12.1的氧化物不能形成玻璃；例外：硒化物、硫化的氧化物不能形成玻璃；例外：硒化物、硫化物、碳化物、氮化物物、碳化物、氮化物非晶態(tài)形成和穩(wěn)定性理論1.1.熱力學(xué)熱力學(xué) 非晶體結(jié)構(gòu)模型 拓?fù)錈o序模型：拓?fù)錈o序模型：基于原子排列的混亂合隨機(jī)性。原子的相基于原子排列的混亂合隨機(jī)