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非晶态物理

非晶态物理. 非晶态. 组成物质的原子、分子的空间排列 不呈现周期性和平移对称性 ，晶体的长程有序受到破坏，只是由于原子间的相互关联作用，使其在小范围 ( 约 10~20 Å ) 内，仍然保持着形貌和组分的某些有序的特征，具有 短程有序 ，并且在热力学上出现 亚稳性 。人们把这样一类特殊的物质状态统称为非晶态。. 晶体. 非晶. 非晶. 非晶. 晶体. 非晶态固体与晶体两个最基本的区别. 其一，非晶态固体中原子的取向和位置不具有长程有 序而具有 短程有序 ; 其二，非晶态固体属于热力学的 亚稳态 。. 凡非晶态固体都共同遵守 相同的结构特征

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非晶态物理

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Presentation Transcript

  1. 非晶态物理

  2. 非晶态 组成物质的原子、分子的空间排列不呈现周期性和平移对称性，晶体的长程有序受到破坏，只是由于原子间的相互关联作用，使其在小范围(约10~20Å)内，仍然保持着形貌和组分的某些有序的特征，具有短程有序，并且在热力学上出现亚稳性。人们把这样一类特殊的物质状态统称为非晶态。

  3. 晶体 非晶 非晶

  4. 非晶 晶体

  5. 非晶态固体与晶体两个最基本的区别 其一，非晶态固体中原子的取向和位置不具有长程有 序而具有短程有序; 其二，非晶态固体属于热力学的亚稳态。 凡非晶态固体都共同遵守相同的结构特征 ——有序的缺乏和亚稳定性!

  6. 非晶态固体 晶态固体 气体 晶态固体 短程有序 三种不同状态物质中原子排列示意图 非晶态固体中原子位置空间分布不是完全无规则的，存在一种高度的局域关联性:每个原子有3个与其距离几乎相等的最近邻原子，并且键角也几乎是相等的 —— 玻璃与晶体同样具有高度的短程有序

  7. 非晶态固体 晶态固体 晶态固体 气体 三种不同状态物质中原子排列示意图 短程有序 气体原子排列是一个真正的无规则排列，并且随时间而改变，时间流逝的效果是，完全推翻图上所示的气体在某一瞬时的结构，原子的运动使气体变成另一个无规则排列； 前两者原子围绕它们的平衡位置作振动，而后者原子可以自由地作长距离不停地平移运动！

  8. 非晶态固体结构与熔体结构有质的差别？ 从短程有序方面看： 金属熔体的短程有序范围为4个原子间距， 而非晶态金属的短程有序范围为5~6个原子间距； 从原子的微观运动看： 熔体中原子容易作大于其原子间距的热运动， 而非晶态固体中原子主要作运动距离远小于原子间距的热振动。

  9. 非晶态固体的主要结构特征？ 1、结构长程无序 2、短程有序 3、与熔体结构有质的差别 4、宏观均匀、各向同性（宏观） 5、结构的亚稳性 ？

  10. 亚稳态 从热力学观点看，非晶态固体形成后属亚稳态，非晶态是亚稳相，亚稳相容易在外界条件影响下发生微观结构的各种变化，如产生结构弛豫、相分离及非晶态晶化等。这些结构上的变化必然引起性能的改变。 例如非晶态的结构弛豫过程，以及由亚稳态向晶态的转化，都会影响材料的稳定性和使用寿命。因此，对任何有应用价值的非晶态材料，都必须研究其稳定性。

  11. 非晶 晶体 晶化峰 △Tx Tg Tx 放热 非晶固体 Tg:玻璃转变温度 Tx:晶化温度

  12. 200nm

  13. 认识（一） 中科院物理所极端条件物理实验室研究组最近成功研制出具有超高强度和塑性的 CuZr 基金属玻璃材料。 该材料具有超高强度，断裂强度达 2265 MPa ，纯 Cu 的屈服强度约 100 MPa ，同时具有一般非晶材料中不具备的加工硬化效应，尤其特别的是该材料具有极大的延展性（约 20% ， 而一般非晶合金材料的塑性只有约 2% ）。专家分析，该材料非晶结构在原子尺度的非均匀性能导致该材料的优异力学性能。这是在世界上首次用一般金属材料研制出塑性非晶合金材料。

  14. 物理：未来的材料--非晶质金属 Physical Review Focus2005 08 08 一种具有未来性的合金--非晶质金属也许有一天将结合金属原有的强度及导电性以及塑料的廉价及多变性，造成在许多工业上的大革命。例如：使汽车更便宜且更安全或是使奈米组件更容易精密的成形。钢铁的硬度很高，但是很难去塑型，一定要在很高的温度下，才能够弯曲它或将它到入模具中。一般的金属是由晶体所组合而成的，晶体的结构可以使金属具有延展性不易断裂。而非晶质金属的结构是不规则的，或是说在原子尺度下是无序的，就像塑料或玻璃一样。因此，非晶质金属通常就像玻璃般易碎。 认识（二）

  15. 相反的，钢铁在经过挤压后会变得更坚硬，所以人家说百炼而成钢。然而，非晶质金属将来有可能变得如钢铁般坚硬又如塑料般多变。相反的，钢铁在经过挤压后会变得更坚硬，所以人家说百炼而成钢。然而，非晶质金属将来有可能变得如钢铁般坚硬又如塑料般多变。 在2005年五月二十七日出版的 Physical Review Letters 中，有两篇文章分别发表了两种不同的非晶质金属，一种有如钢铁般坚硬，另一种则有如塑料般多变。 在由Jurgen Eckert所领军的Technical University of Darmstadt in Germany以及 Wei Hua Wang of the Chinese Academy of Sciences in Beijing的团队中，研究人员将适量的铝原子加入铜合金中，得到了一种非晶质材料。这种材料在压力下会变得更坚硬，且比传统的钢更耐磨及抗腐蚀。

  16. 纳米复合材料涂层提高航空发动机性能 位于赖特帕特森空军基地的美国空军实验室材料与制造处的科学家及工程师会同大学的研究人员，在超韧纳米复合材料涂层研究领域取得重大进展，这种涂层可提高先进喷气战斗机用发动机的性能，并改进耐久性。 通过缜密的研究、试验，该研究小组发现并阐明了一种独特的纳米晶/非晶复合材料的动力学机理，航空航天专家们认为，该种材料表现出极高硬度，并具有很高应用价值。到目前为止，该项研究成果已向战斗机发动机进行新技术移植提供了众多机遇，小企业创新计划的第一阶段正试图将其用于改进飞机推进系统的结构并提高性能。与此同时，在民用航空领域也有巨大应用潜力。

  17. 纳米复合材料涂层的应用背景之一是短距起飞垂直降落推进系统零件，该零件摩擦副上施加了很大的预加载荷，且通过表面强化获得充分效益。 最初，材料与制造处非金属材料部门的研究人员开发出一类用于航空航天器摩擦副的耐磨材料。这些材料是将晶粒尺寸为3~5纳米的碳化物或氧化物嵌入由钻石状碳或金属/陶瓷混合物组成的非晶基体中。在初期阶段，研究结果显示出它具有超过陶瓷的、独特的高硬度， 且断裂强度与韧性金属相似。沿着这一研究方向，该处的研究人员正在广泛探索可能用于军用飞机的纳米涂层。他们还在寻求将创新技术转入应用的机遇

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