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无定形体的概念和特点
检测人王大锤
2024/06/03
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石油化工检测
无定形体(又名非晶状体)拥有像液体一样的不规则结构,但由于分子间的运动相对不自由,因此通常纳入固体的类别。常见例子有玻璃、聚苯乙烯、合成橡胶或其他聚合物。很多无定形体当加热至玻璃转化温度时便会软化成液体。此时,分子是自由流动的。无定形体不存在长距离的整齐排列,但是在有限范围内,氧原子(O)以正四面体的排列包围硅(Si)原子。部分液体属于非牛顿流体,黏度的大小受作用力和剪应力所影响。因此在某一个流动情况之下便变成无定形体。
非晶态也叫无定形或玻璃态,是一大类刚性固体。利用很高的冷却速率,将传统的玻璃工艺发展到金属和合金,制成对应的非晶态材料,称之为金属玻璃或玻璃态金属。非晶态材料的种类很多,硅土(SiO2),以及硅土和Al、Na、Mg、Ca等元素的氧化物的混合物构成最古老、最重要的无机玻璃,近20多年来,由于非晶态材料优异的物理、化学特性和广泛的技术应用,使其得到了迅速的发展。
玻璃态也称硫璃态。原子或分子不像在晶体中那样按某一规则排列的固态,原子排列仅有局域的、部分的规则性(短程有序),而无大范围的、周期性的规则性(长程有序)的固体状态。晶体和液体之间的转变是一种相变,而且是一级相变。在非晶体与液体之间无一个确定的转变温度,当温度下降时液体先变成黏滞性越来越大的过冷液体,然后在玻璃态转变温度处转变成非晶体(玻璃态固体)。玻璃态转变温度并无定值,随着液体的冷却速率而改变,冷却速率越快,玻璃态转变温度越低。过冷液体与非晶体之间的转变,情况十分复杂,不能简单地看成相变 [13] 。处于这种状态的固体只能在非常长的时间后才结晶。当从熔体冷却或其他方法形成玻璃时,体系所含的内能并不处于最低值。物质在冷却过程中内能随温度而变化。因此从热力学观点,玻璃态是处于热力学不稳定状态,与相应的结晶态比较,具有较高的内能,有向晶体转变的趋势。但从动力学观点看,它又是稳定的,因为在常温下由于玻璃的高粘度而不能自发地转变为结晶态,必须克服结晶所需的活化能才行。所以玻璃态属于亚稳态 。
例如普通玻璃不是处于固态(结晶态),而是非晶态。玻璃没有固定的熔点,物理性质也是各向同性的。玻璃内部结构没有空间点阵,与液态的结构类似。“类晶区”彼此不能移动,因此玻璃没有流动性。严格地说,非晶态不属于固体,因为固体专指晶体。非晶态是另一种物态。除普通玻璃外,常见的非晶态还有橡胶、石蜡、天然树脂、沥青和高分子塑料等。
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