第二章 晶態(tài)和非晶態(tài)材料的特性

1、方鉛礦方鉛礦(Galena, PbS)石英石英(Quartz, SiO2), 玻璃玻璃(glass, SiO2) 主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：一、晶體特征一、晶體特征二、晶體點(diǎn)群和晶體的物理性質(zhì)二、晶體點(diǎn)群和晶體的物理性質(zhì)2.3.3 Structure & physical performance of crystal materials（1）均勻性均勻性（2）各向異性各向異性（3）自范性自范性（4）晶體具有明顯確定的熔點(diǎn)晶體具有明顯確定的熔點(diǎn)（5）晶體的對(duì)稱性晶體的對(duì)稱性 （6）晶體對(duì)晶體對(duì)X X射線的衍射射線的衍射 一、晶體特征一、晶體特征（1）均勻性均勻性整個(gè)晶體是由晶胞整個(gè)晶體是由晶胞

2、并置堆砌而成并置堆砌而成所以晶體必然表現(xiàn)為各部分性狀相同的物體，所以晶體必然表現(xiàn)為各部分性狀相同的物體，例如有著相同的密度，化學(xué)組成例如有著相同的密度，化學(xué)組成非晶體的各種性質(zhì)均具有均勻性非晶體的各種性質(zhì)均具有均勻性, , 但與晶體的均勻性但與晶體的均勻性的起源并不相同的起源并不相同, , 前者是等同晶胞在空間按同一方式前者是等同晶胞在空間按同一方式重復(fù)排列的結(jié)果重復(fù)排列的結(jié)果, , 而后者則是質(zhì)點(diǎn)的雜亂無章排列所而后者則是質(zhì)點(diǎn)的雜亂無章排列所致致. . 所以二者有實(shí)質(zhì)不同的均勻性。所以二者有實(shí)質(zhì)不同的均勻性。(1)（2）各向異性各向異性晶體的導(dǎo)熱、導(dǎo)電、光的透射、折射、偏振、晶體的導(dǎo)熱、導(dǎo)電

3、、光的透射、折射、偏振、壓電性、硬度等性質(zhì)常因壓電性、硬度等性質(zhì)常因晶體取向晶體取向不同而異，不同而異，叫做各向異性。叫做各向異性。如石墨在與層平行的方向上具有導(dǎo)電性，而如石墨在與層平行的方向上具有導(dǎo)電性，而在與層垂直的方向上就不具有導(dǎo)電性。在與層垂直的方向上就不具有導(dǎo)電性。如：從不同方向觀察紅寶石或藍(lán)寶石，會(huì)發(fā)如：從不同方向觀察紅寶石或藍(lán)寶石，會(huì)發(fā)現(xiàn)寶石的顏色不同，這是由于方向不同，晶現(xiàn)寶石的顏色不同，這是由于方向不同，晶體對(duì)光的吸收性質(zhì)不同。體對(duì)光的吸收性質(zhì)不同。晶體的各向異性是由其內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)的有序排晶體的各向異性是由其內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)的有序排列，即晶體內(nèi)部原子的周期性排列所決定列，即晶體內(nèi)部原子的

4、周期性排列所決定的的（3）自范性自范性F+V=E+2 其中，其中，F(xiàn)-晶面，晶面，V-頂點(diǎn)，頂點(diǎn)，E-晶棱晶棱 在適當(dāng)?shù)臈l件下在適當(dāng)?shù)臈l件下, 晶體能自發(fā)的長(zhǎng)出由晶晶體能自發(fā)的長(zhǎng)出由晶面、晶棱、晶頂?shù)葞缀卧貒傻耐苟嗝骟w面、晶棱、晶頂?shù)葞缀卧貒傻耐苟嗝骟w外形外形, 這種性質(zhì)就稱為晶體的自范性這種性質(zhì)就稱為晶體的自范性. 凸多面凸多面體的晶面數(shù)（體的晶面數(shù)（F）、晶棱數(shù)（）、晶棱數(shù)（E）、和頂點(diǎn)數(shù)）、和頂點(diǎn)數(shù)（V）相互之間的關(guān)系符合公式）相互之間的關(guān)系符合公式晶面夾角守恒定律晶面夾角守恒定律: 盡管同一種晶體其外形可能不同，但相應(yīng)盡管同一種晶體其外形可能不同，但相應(yīng)的兩晶面之間的夾角總是不

5、變的，這稱為晶的兩晶面之間的夾角總是不變的，這稱為晶面夾角守恒定律。面夾角守恒定律。丹麥化學(xué)家斯單諾在玩水晶時(shí)，不小心把水晶打爛了，丹麥化學(xué)家斯單諾在玩水晶時(shí)，不小心把水晶打爛了，當(dāng)他很心痛地彎腰撿起打碎了的水晶時(shí)，驚奇地發(fā)現(xiàn)，當(dāng)他很心痛地彎腰撿起打碎了的水晶時(shí)，驚奇地發(fā)現(xiàn)，破碎了的水晶碎片都是一樣的，具有固定的角度，這破碎了的水晶碎片都是一樣的，具有固定的角度，這就是著名的晶面角守恒定理。就是著名的晶面角守恒定理。（4）晶體具有明顯確定的熔點(diǎn)晶體具有明顯確定的熔點(diǎn)晶體與非晶體的加熱時(shí)間晶體與非晶體的加熱時(shí)間-溫度（即溫度（即t-T）曲線上）曲線上晶體具有固定的熔點(diǎn)晶體具有固定的熔點(diǎn), , 反

6、映在加熱時(shí)間反映在加熱時(shí)間- -溫度曲線上溫度曲線上出現(xiàn)平臺(tái)出現(xiàn)平臺(tái), , 而非晶體沒有固定的熔點(diǎn)而非晶體沒有固定的熔點(diǎn), , 反映在曲線反映在曲線上不會(huì)出現(xiàn)平臺(tái)上不會(huì)出現(xiàn)平臺(tái). . （5）晶體的對(duì)稱性晶體的對(duì)稱性 （6）晶體對(duì)晶體對(duì)X X射線的衍射射線的衍射 內(nèi)部結(jié)構(gòu)在空間排列的內(nèi)部結(jié)構(gòu)在空間排列的周期性周期性（等距性）使得（等距性）使得晶體可作為晶體可作為 X 射線衍射的天然光柵射線衍射的天然光柵, 而晶體外而晶體外形的對(duì)稱性又使得衍射線（點(diǎn)）的分布具有特形的對(duì)稱性又使得衍射線（點(diǎn)）的分布具有特定的對(duì)稱性定的對(duì)稱性. 這是這是 X 射線衍射測(cè)定晶體結(jié)構(gòu)的射線衍射測(cè)定晶體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)和依據(jù)基礎(chǔ)

7、和依據(jù).ComparisonComparisonCurve of X-ray Diffraction非晶體的宏觀特征非晶體的宏觀特征（1 1）只有玻璃轉(zhuǎn)化溫度，無熔點(diǎn)。）只有玻璃轉(zhuǎn)化溫度，無熔點(diǎn)。（2 2）沒有規(guī)則的多面體幾何外型，可以制成）沒有規(guī)則的多面體幾何外型，可以制成 玻璃體，絲，薄膜等特殊形態(tài)。玻璃體，絲，薄膜等特殊形態(tài)。（3 3）物理性質(zhì)各向同性。）物理性質(zhì)各向同性。（4 4）均勻性來源于原子無序分布的統(tǒng)計(jì)性規(guī)）均勻性來源于原子無序分布的統(tǒng)計(jì)性規(guī) 律，無晶界。律，無晶界。11/15/2021 7:39:03 PM172.2.2 TransformationTransformatio

8、nJ晶態(tài)晶態(tài)非晶態(tài)非晶態(tài)晶態(tài)與非晶態(tài)之間的轉(zhuǎn)變晶態(tài)與非晶態(tài)之間的轉(zhuǎn)變 非晶態(tài)所屬的狀態(tài)屬于熱力學(xué)亞穩(wěn)態(tài)，所以非非晶態(tài)所屬的狀態(tài)屬于熱力學(xué)亞穩(wěn)態(tài)，所以非晶態(tài)固體總有向晶態(tài)轉(zhuǎn)化的趨勢(shì)，即非晶態(tài)固晶態(tài)固體總有向晶態(tài)轉(zhuǎn)化的趨勢(shì)，即非晶態(tài)固體在一定溫度下會(huì)自發(fā)地結(jié)晶，轉(zhuǎn)化到穩(wěn)定性體在一定溫度下會(huì)自發(fā)地結(jié)晶，轉(zhuǎn)化到穩(wěn)定性更高的晶體狀態(tài)。更高的晶體狀態(tài)。 通常呈晶體的物質(zhì)如果將它從液態(tài)快速冷卻下通常呈晶體的物質(zhì)如果將它從液態(tài)快速冷卻下來也可能得到非晶態(tài)。來也可能得到非晶態(tài)。 如把如把水晶的結(jié)晶溶化，再使它冷卻，可得非晶體的石英玻璃水晶的結(jié)晶溶化，再使它冷卻，可得非晶體的石英玻璃。而而非晶體的玻璃，經(jīng)過相當(dāng)長(zhǎng)

9、的時(shí)間后，在它里面生成了微小非晶體的玻璃，經(jīng)過相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間后，在它里面生成了微小的晶體的晶體，形成透明性減弱的模糊斑點(diǎn)。這說明晶體轉(zhuǎn)化為非晶，形成透明性減弱的模糊斑點(diǎn)。這說明晶體轉(zhuǎn)化為非晶體需要一定的條件，而非晶體經(jīng)過一定時(shí)間會(huì)自動(dòng)變成晶體。體需要一定的條件，而非晶體經(jīng)過一定時(shí)間會(huì)自動(dòng)變成晶體。 二、晶體點(diǎn)群和晶體的物理性質(zhì)二、晶體點(diǎn)群和晶體的物理性質(zhì)盡管自然界中晶體的外形是多種多樣變化無窮的，盡管自然界中晶體的外形是多種多樣變化無窮的，而就其對(duì)稱性來看卻并不超出而就其對(duì)稱性來看卻并不超出3232種點(diǎn)群代表的宏觀種點(diǎn)群代表的宏觀對(duì)稱類型。由于晶體的物理性質(zhì)由晶體對(duì)稱性決定，對(duì)稱類型。由于晶體的

10、物理性質(zhì)由晶體對(duì)稱性決定，而且也只決定于它的點(diǎn)群的對(duì)稱性，所以對(duì)晶體學(xué)而且也只決定于它的點(diǎn)群的對(duì)稱性，所以對(duì)晶體學(xué)點(diǎn)群的研究十分重要。點(diǎn)群的研究十分重要。 晶體的點(diǎn)群是它的任意一種物理性質(zhì)對(duì)稱群晶體的點(diǎn)群是它的任意一種物理性質(zhì)對(duì)稱群的子群。的子群。一種晶體的任意一種一種晶體的任意一種性質(zhì)的對(duì)稱群性質(zhì)的對(duì)稱群必須包括該必須包括該晶體的晶體的點(diǎn)群的對(duì)稱操作點(diǎn)群的對(duì)稱操作。晶體對(duì)稱性的這種關(guān)系稱為晶體對(duì)稱性的這種關(guān)系稱為Neumann定理定理物理性質(zhì)物理性質(zhì)晶體對(duì)稱性的信息晶體對(duì)稱性的信息根據(jù)這種關(guān)根據(jù)這種關(guān)系可以從晶系可以從晶體的體的物理性物理性質(zhì)質(zhì)推引出有推引出有關(guān)關(guān)晶體對(duì)稱晶體對(duì)稱性性的信息；

11、的信息；也可以從也可以從對(duì)對(duì)稱性稱性尋找具尋找具有某種有某種物理物理性能性能的材料的材料當(dāng)壓電材料受到外力作用時(shí)，其表面將產(chǎn)生當(dāng)壓電材料受到外力作用時(shí)，其表面將產(chǎn)生電荷，將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能。電荷，將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能。壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)利用壓電材料可以制成力敏元件，用來測(cè)利用壓電材料可以制成力敏元件，用來測(cè)量力和能轉(zhuǎn)變成力的各種物理量量力和能轉(zhuǎn)變成力的各種物理量壓電性：要求晶體的對(duì)稱性為壓電性：要求晶體的對(duì)稱性為: : 沒有對(duì)稱中心沒有對(duì)稱中心熱電效應(yīng)，是當(dāng)熱電效應(yīng)，是當(dāng)受熱物體受熱物體中的電子中的電子( (空穴空穴) )，隨，隨著溫度梯度由高溫區(qū)往低溫區(qū)移動(dòng)時(shí)，所產(chǎn)生著溫度梯度由高溫區(qū)往低溫區(qū)移

12、動(dòng)時(shí)，所產(chǎn)生電流或電荷堆積的一種現(xiàn)象。電流或電荷堆積的一種現(xiàn)象。 熱電效應(yīng)熱電效應(yīng)美國(guó)舊金山大學(xué)的一位科學(xué)家在英國(guó)美國(guó)舊金山大學(xué)的一位科學(xué)家在英國(guó)自然自然雜志上雜志上報(bào)告說，他從鯊魚鼻子的皮膚小孔里提取了一種與普?qǐng)?bào)告說，他從鯊魚鼻子的皮膚小孔里提取了一種與普通明膠相似的膠體，能把海水溫度的變化轉(zhuǎn)換成電信通明膠相似的膠體，能把海水溫度的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，傳送給神經(jīng)細(xì)胞，使鯊魚能夠感知號(hào)，傳送給神經(jīng)細(xì)胞，使鯊魚能夠感知0.001攝氏度攝氏度的溫度變化，從而準(zhǔn)確地找到食物的溫度變化，從而準(zhǔn)確地找到食物科科學(xué)家猜測(cè)，其學(xué)家猜測(cè)，其他動(dòng)物體內(nèi)也可能存在類似的膠體他動(dòng)物體內(nèi)也可能存在類似的膠體. .這種因

13、溫差而產(chǎn)這種因溫差而產(chǎn)生電流的性質(zhì)與半導(dǎo)體材料的熱電效應(yīng)類似生電流的性質(zhì)與半導(dǎo)體材料的熱電效應(yīng)類似 生物熱電效應(yīng)生物熱電效應(yīng)熱電體的主要作用是將熱電體的主要作用是將熱輻射熱輻射轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)電信號(hào)。 鐵電效應(yīng)鐵電效應(yīng)所謂鐵電材料，是指材料的晶體結(jié)構(gòu)在不加所謂鐵電材料，是指材料的晶體結(jié)構(gòu)在不加外電場(chǎng)時(shí)就具有自發(fā)極化現(xiàn)象，其自發(fā)極化外電場(chǎng)時(shí)就具有自發(fā)極化現(xiàn)象，其自發(fā)極化的方向能夠被外加電場(chǎng)反轉(zhuǎn)或重新定向。的方向能夠被外加電場(chǎng)反轉(zhuǎn)或重新定向。鐵電材料的這種特性被稱為鐵電材料的這種特性被稱為 “鐵電效應(yīng)鐵電效應(yīng)”。鐵電現(xiàn)象是在一種名為鈣鈦礦的材料中發(fā)現(xiàn)的，而鈣鈦礦材料鐵電現(xiàn)象是在一種名為鈣鈦礦的材

14、料中發(fā)現(xiàn)的，而鈣鈦礦材料的晶格點(diǎn)陣中的離子，是在某一方向上被分離成的正負(fù)離子，的晶格點(diǎn)陣中的離子，是在某一方向上被分離成的正負(fù)離子，也就是在鈣鈦礦晶體內(nèi)部產(chǎn)生了一個(gè)電耦極子。當(dāng)給這種晶體也就是在鈣鈦礦晶體內(nèi)部產(chǎn)生了一個(gè)電耦極子。當(dāng)給這種晶體加上一個(gè)電壓時(shí)，這些耦極子就會(huì)在電場(chǎng)作用下排列。改變電加上一個(gè)電壓時(shí)，這些耦極子就會(huì)在電場(chǎng)作用下排列。改變電壓的方向，可使耦極子的方向反轉(zhuǎn)。耦極子的這種可換向性，壓的方向，可使耦極子的方向反轉(zhuǎn)。耦極子的這種可換向性，意味著它們可以在記憶芯片上表示一個(gè)意味著它們可以在記憶芯片上表示一個(gè)“信息單元信息單元”。而且，。而且，即使在電壓斷開時(shí)，這些耦極子也會(huì)保持在原

15、來的位置，使鐵即使在電壓斷開時(shí)，這些耦極子也會(huì)保持在原來的位置，使鐵電存儲(chǔ)器不用電就能保存數(shù)據(jù)。電存儲(chǔ)器不用電就能保存數(shù)據(jù)。 目前，鐵電效應(yīng)已在低容量的鐵電存儲(chǔ)器芯片中得到應(yīng)用。目前，鐵電效應(yīng)已在低容量的鐵電存儲(chǔ)器芯片中得到應(yīng)用。 晶體的力學(xué)性能晶體的力學(xué)性能晶體的力學(xué)性能重要決定于晶體內(nèi)部原子間的晶體的力學(xué)性能重要決定于晶體內(nèi)部原子間的結(jié)合力，但與晶體對(duì)稱性沒有直接關(guān)系。結(jié)合力，但與晶體對(duì)稱性沒有直接關(guān)系。改進(jìn)的改進(jìn)的MohsMohs硬度標(biāo)度和相應(yīng)的材料硬度標(biāo)度和相應(yīng)的材料 晶體中出現(xiàn)空位或填隙原子，使化合物的成分晶體中出現(xiàn)空位或填隙原子，使化合物的成分偏離整比性，該化合物被稱為偏離整比性，

16、該化合物被稱為非整比化合物非整比化合物，是指它的組成中各類原子的相對(duì)數(shù)目不能用幾是指它的組成中各類原子的相對(duì)數(shù)目不能用幾個(gè)小的整數(shù)比表示的化合物。個(gè)小的整數(shù)比表示的化合物。非整比化合物生成的情況，以及在不同方面非整比化合物生成的情況，以及在不同方面的應(yīng)用可以有以下幾種情況：的應(yīng)用可以有以下幾種情況： 一氧化鈦一氧化鈦的化學(xué)組成變化范圍很寬，可以從的化學(xué)組成變化范圍很寬，可以從TiOTiO0.820.82 到到TiOTiO1.181.18。將整比的。將整比的TiOTiO在高于或低于在高于或低于整比整比TiOTiO的分解壓的各種不同的氧分壓下加熱，的分解壓的各種不同的氧分壓下加熱，既可以在空位中加

17、入過量的氧，也可以脫去部既可以在空位中加入過量的氧，也可以脫去部分的氧形成過量的鈦。氧的數(shù)量不同，鈦的價(jià)分的氧形成過量的鈦。氧的數(shù)量不同，鈦的價(jià)態(tài)不同，電導(dǎo)性質(zhì)不同。態(tài)不同，電導(dǎo)性質(zhì)不同。 1. 1. 某種原子過多或短缺某種原子過多或短缺 2. 層間嵌入某些離子、原子或分子層間嵌入某些離子、原子或分子 而以而以Ni部分地取代部分地取代LiCoO2中的中的Co，制成的非整比化，制成的非整比化合物晶體合物晶體LiNixCo1-xO2兼?zhèn)淞思鎮(zhèn)淞薈o系、系、Ni系材料的優(yōu)點(diǎn)系材料的優(yōu)點(diǎn)3. 晶體中吸收了某些小原子晶體中吸收了某些小原子 氫可以和許多過渡金屬形成可變組成的間隙型氫可以和許多過渡金屬形成

18、可變組成的間隙型氫化物，例如氫化物，例如PdHx、LaNi5Hx、FeTiHx等。由等。由于這些金屬氫化物可以可逆地分解，從而得到于這些金屬氫化物可以可逆地分解，從而得到金屬和氫氣，因此是很好的儲(chǔ)氫材料，它們的金屬和氫氣，因此是很好的儲(chǔ)氫材料，它們的儲(chǔ)氫量往往可以超過相同體積的液態(tài)氫。儲(chǔ)氫量往往可以超過相同體積的液態(tài)氫。 儲(chǔ)氫材料儲(chǔ)氫材料目前作為一種新型的顯示材料，與集成電路目前作為一種新型的顯示材料，與集成電路一起在圖像顯示技術(shù)上開創(chuàng)了新的方法，在一起在圖像顯示技術(shù)上開創(chuàng)了新的方法，在電光學(xué)、熱化學(xué)、分子光譜等許多領(lǐng)域中有電光學(xué)、熱化學(xué)、分子光譜等許多領(lǐng)域中有廣泛的用途。廣泛的用途。 根據(jù)根

19、據(jù)固體物質(zhì)固體物質(zhì)的組成原子的組成原子(分子、離子分子、離子)在空間排列是在空間排列是否否，可將可將固體物質(zhì)固體物質(zhì)分為晶態(tài)和非晶態(tài)。分為晶態(tài)和非晶態(tài)。液晶液晶像晶體的液體像晶體的液體1888年奧地利的植物學(xué)家年奧地利的植物學(xué)家FReinitzer在作加熱膽甾醇的在作加熱膽甾醇的苯甲酸脂實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)加熱使溫度升高到一定程度苯甲酸脂實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)加熱使溫度升高到一定程度后，結(jié)晶的固體開始溶化，先生成一種呈混濁態(tài)的粘后，結(jié)晶的固體開始溶化，先生成一種呈混濁態(tài)的粘稠液體，并發(fā)出多彩而美麗的珍珠光澤。當(dāng)再進(jìn)一步稠液體，并發(fā)出多彩而美麗的珍珠光澤。當(dāng)再進(jìn)一步升溫后，才變成透明的液體。升溫后，才變成透明

20、的液體。這種混濁態(tài)粘稠的液這種混濁態(tài)粘稠的液體是什么呢？體是什么呢？FReinitzer把這種粘稠而混濁的液體放把這種粘稠而混濁的液體放到偏光顯微鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)這種液體具到偏光顯微鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)這種液體具有雙折射性。有雙折射性。后來后來,德國(guó)德國(guó)物理學(xué)家物理學(xué)家Otto Leimann把處于把處于“中間中間地帶地帶”的渾濁液體叫做液晶，簡(jiǎn)稱為的渾濁液體叫做液晶，簡(jiǎn)稱為“LC”(liquid crystal)。在這以后用它制成的液。在這以后用它制成的液晶顯示器件被稱為晶顯示器件被稱為L(zhǎng)CD。液晶好比是既不象馬。液晶好比是既不象馬,又不象驢的騾子又不象驢的騾子,所以有人稱它為所以有人稱它為“有機(jī)界

21、的騾有機(jī)界的騾子子”. 結(jié)晶狀的固體結(jié)晶狀的固體各向同性的液各向同性的液體體中間相中間相 塑性晶體塑性晶體 液態(tài)晶體液態(tài)晶體圓球狀圓球狀位置有序，方向位置有序，方向無無序序 晶格排列，不具流晶格排列，不具流動(dòng)動(dòng)性性長(zhǎng)條狀長(zhǎng)條狀、圓盤狀圓盤狀位置位置無無序，方向有序序，方向有序有流有流動(dòng)動(dòng)性性塑晶塑晶像液體的像液體的固體固體 液晶液晶像晶體的像晶體的液體液體液晶（液晶（ LC：Liquid Crystal ） 液晶液晶（液態(tài)晶體的簡(jiǎn)稱）（液態(tài)晶體的簡(jiǎn)稱） 像晶體的像晶體的液體液體叫液晶叫液晶液晶態(tài)：液晶態(tài)：是一種介于液體和晶體之間的中間態(tài)，是一種介于液體和晶體之間的中間態(tài)，也有人稱其為物質(zhì)的第四

22、態(tài)。也有人稱其為物質(zhì)的第四態(tài)。液晶是一種同時(shí)具備液體的流動(dòng)性和液晶是一種同時(shí)具備液體的流動(dòng)性和晶體的規(guī)則排列晶體的規(guī)則排列特性的物質(zhì)。特性的物質(zhì)。既有液體的流動(dòng)性、粘度、形變等機(jī)械既有液體的流動(dòng)性、粘度、形變等機(jī)械性質(zhì)，又有晶體的熱、光、電、磁等物理性質(zhì)。性質(zhì)，又有晶體的熱、光、電、磁等物理性質(zhì)。 1888年，奧地利植物學(xué)家萊尼茨爾（年，奧地利植物學(xué)家萊尼茨爾（F.Reinitzer）首先首先發(fā)現(xiàn)了發(fā)現(xiàn)了液晶液晶 1968年，美國(guó)年，美國(guó)RCA公司海麥爾（公司海麥爾（G.H.Heilmeier）首先發(fā)現(xiàn)了首先發(fā)現(xiàn)了液晶的電光效應(yīng)液晶的電光效應(yīng) 1973年日本年日本SHARP公司制造出世界上第一

23、個(gè)公司制造出世界上第一個(gè)液晶液晶顯示器件顯示器件（LCD： Liquid Crystal Device）小分子液晶小分子液晶: :用于液晶顯示器用于液晶顯示器高分子液晶高分子液晶: : 高強(qiáng)度纖維，用于防彈衣，高強(qiáng)度纖維，用于防彈衣，高功能塑料等。高功能塑料等。液晶的類型液晶的類型（按相對(duì)分子質(zhì)量大小分）（按相對(duì)分子質(zhì)量大小分）有液晶態(tài)的化合物條件：有液晶態(tài)的化合物條件：形狀呈形狀呈棒狀棒狀，長(zhǎng)約數(shù)，長(zhǎng)約數(shù)納米，分子的長(zhǎng)度約為寬度的納米，分子的長(zhǎng)度約為寬度的48倍，分子量倍，分子量為為200500 gmol-1的有機(jī)化合物才具有液晶態(tài)的有機(jī)化合物才具有液晶態(tài)。 現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的有液晶特性的物質(zhì)（主要

24、是一些有機(jī)化現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的有液晶特性的物質(zhì)（主要是一些有機(jī)化合物）有六七千種。合物）有六七千種。（1）熱致液晶熱致液晶（2）溶致液晶溶致液晶熱致性液晶是依靠溫度的變化，在某一溫度范圍形熱致性液晶是依靠溫度的變化，在某一溫度范圍形成液晶態(tài)物質(zhì)。成液晶態(tài)物質(zhì)。 將某些物質(zhì)溶于水或有機(jī)溶劑中顯示出液晶態(tài)將某些物質(zhì)溶于水或有機(jī)溶劑中顯示出液晶態(tài) 溶致液晶廣泛存在于自然界，特別是生物體內(nèi)。溶致液晶廣泛存在于自然界，特別是生物體內(nèi)。 很多生物體的構(gòu)造，例如大腦、神經(jīng)、肌肉、很多生物體的構(gòu)造，例如大腦、神經(jīng)、肌肉、血液等生命的新陳代謝、知覺、信息傳遞等生血液等生命的新陳代謝、知覺、信息傳遞等生命現(xiàn)象都與溶致液晶

25、有關(guān)命現(xiàn)象都與溶致液晶有關(guān)熱致性液晶熱致性液晶溶致性液晶溶致性液晶液晶的類型（按成因分）液晶的類型（按成因分）作為顯示技術(shù)應(yīng)用的液晶都是熱致液晶。作為顯示技術(shù)應(yīng)用的液晶都是熱致液晶。流致性液晶流致性液晶壓致性液晶壓致性液晶除了這兩類液晶物質(zhì)外，人們還發(fā)現(xiàn)了在外力除了這兩類液晶物質(zhì)外，人們還發(fā)現(xiàn)了在外力場(chǎng)（壓力、流動(dòng)場(chǎng)、電場(chǎng)、磁場(chǎng)和光場(chǎng)等）作場(chǎng)（壓力、流動(dòng)場(chǎng)、電場(chǎng)、磁場(chǎng)和光場(chǎng)等）作用下可形成液晶。用下可形成液晶。例如聚乙烯在某一壓力下可出現(xiàn)液晶態(tài)，是一例如聚乙烯在某一壓力下可出現(xiàn)液晶態(tài)，是一種種壓致性液晶壓致性液晶。聚對(duì)苯二甲酰對(duì)氨基苯甲酰肼在施加流動(dòng)場(chǎng)后聚對(duì)苯二甲酰對(duì)氨基苯甲酰肼在施加流動(dòng)場(chǎng)后

26、可呈現(xiàn)液晶態(tài)，因此屬于可呈現(xiàn)液晶態(tài)，因此屬于流致性液晶流致性液晶。（4）流致性液晶）流致性液晶（3）壓致性液晶）壓致性液晶根據(jù)分子排列的形式和有序性的不同，根據(jù)分子排列的形式和有序性的不同，熱致性液晶熱致性液晶有三種結(jié)構(gòu)類型：有三種結(jié)構(gòu)類型：近晶型近晶型、向列型向列型和和膽甾型膽甾型。（見圖）。（見圖）。熱致性液晶熱致性液晶：在這類液晶中，液晶分子呈二維有序性：棒狀分在這類液晶中，液晶分子呈二維有序性：棒狀分子互相平行排列成層狀，分子的長(zhǎng)軸垂直于層子互相平行排列成層狀，分子的長(zhǎng)軸垂直于層狀平面。狀平面。分子可在本層內(nèi)運(yùn)動(dòng)，但不能來往于分子可在本層內(nèi)運(yùn)動(dòng)，但不能來往于各層之間。因此，層狀結(jié)構(gòu)之間

27、可以相互滑移，各層之間。因此，層狀結(jié)構(gòu)之間可以相互滑移，而垂直于層片方向的流動(dòng)卻很困難。而垂直于層片方向的流動(dòng)卻很困難。近晶型液晶相近晶型液晶相近晶型液晶是所有液近晶型液晶是所有液晶中最接近結(jié)晶結(jié)構(gòu)晶中最接近結(jié)晶結(jié)構(gòu)的一類，因此得名。的一類，因此得名。近晶型液晶的粘度與表面張力都較大，對(duì)外界近晶型液晶的粘度與表面張力都較大，對(duì)外界磁場(chǎng)、溫度變化不敏感。磁場(chǎng)、溫度變化不敏感。 液晶分子液晶分子只有一維有序：分子長(zhǎng)軸彼此平行但分子重只有一維有序：分子長(zhǎng)軸彼此平行但分子重心分布無序、不分層，分子可以自由流動(dòng)，分子在空心分布無序、不分層，分子可以自由流動(dòng)，分子在空間排列成線狀，始終平行某一方向間排列成

28、線狀，始終平行某一方向 向列型液晶向列型液晶流動(dòng)性最大；對(duì)外界電磁、溫度、應(yīng)力變流動(dòng)性最大；對(duì)外界電磁、溫度、應(yīng)力變化都很敏感，（目前顯示器中應(yīng)用最多的液晶材料）化都很敏感，（目前顯示器中應(yīng)用最多的液晶材料）向列型液晶相向列型液晶相 液晶分子液晶分子排列成層，每層分子長(zhǎng)軸方向相同，排列成層，每層分子長(zhǎng)軸方向相同，且平行于層，但每層長(zhǎng)軸方向轉(zhuǎn)動(dòng)變化，多且平行于層，但每層長(zhǎng)軸方向轉(zhuǎn)動(dòng)變化，多層扭轉(zhuǎn)成螺旋形層扭轉(zhuǎn)成螺旋形膽甾型液晶膽甾型液晶通常具有彩虹般的漂亮顏色，并有通常具有彩虹般的漂亮顏色，并有極高的旋光能力。極高的旋光能力。膽甾型液晶相膽甾型液晶相在屬于膽甾型液晶的物在屬于膽甾型液晶的物質(zhì)中，

29、有許多是膽甾醇質(zhì)中，有許多是膽甾醇的衍生物，因此得名。的衍生物，因此得名?，F(xiàn)在發(fā)現(xiàn)，除了長(zhǎng)棒型結(jié)構(gòu)的液晶分子外，現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)，除了長(zhǎng)棒型結(jié)構(gòu)的液晶分子外，還有一類液晶是由剛性部分呈還有一類液晶是由剛性部分呈盤型的分子盤型的分子形形成。在形成的液晶中多個(gè)盤型結(jié)構(gòu)疊在一起，成。在形成的液晶中多個(gè)盤型結(jié)構(gòu)疊在一起，形成形成柱狀結(jié)構(gòu)柱狀結(jié)構(gòu)。 盤型液晶盤型液晶分子排列呈圓盤狀分子排列呈圓盤狀沒有電各向異性沒有電各向異性有光學(xué)各向異性有光學(xué)各向異性在電的作用下，液晶分子的初始排列發(fā)生改變，從而在電的作用下，液晶分子的初始排列發(fā)生改變，從而使液晶的光學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化的現(xiàn)象使液晶的光學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化的現(xiàn)象 液晶的電

30、光效應(yīng)液晶的電光效應(yīng)微小的外部能量微小的外部能量電場(chǎng)、磁場(chǎng)、應(yīng)力、熱能等就電場(chǎng)、磁場(chǎng)、應(yīng)力、熱能等就能實(shí)現(xiàn)液晶分子狀態(tài)間的轉(zhuǎn)變，從而引起液晶的光、能實(shí)現(xiàn)液晶分子狀態(tài)間的轉(zhuǎn)變，從而引起液晶的光、電、磁等物理性質(zhì)的各向異性的改變電、磁等物理性質(zhì)的各向異性的改變 液晶的各向異性液晶的各向異性 液晶的應(yīng)用物理性質(zhì)液晶的應(yīng)用物理性質(zhì)液晶顯示器液晶顯示器玻璃基片玻璃基片彩色濾光片彩色濾光片TFTTFTTFT玻璃基片玻璃基片偏振片偏振片偏振片偏振片取向膜取向膜透明電極透明電極LCD的結(jié)構(gòu)：將液晶夾在有導(dǎo)電能力的玻璃平板間，在的結(jié)構(gòu)：將液晶夾在有導(dǎo)電能力的玻璃平板間，在兩玻璃板間施加電壓，利用電壓控制液晶分子

31、的排列方兩玻璃板間施加電壓，利用電壓控制液晶分子的排列方式，進(jìn)而控制背光燈管所發(fā)出之光的透射程度，利用這式，進(jìn)而控制背光燈管所發(fā)出之光的透射程度，利用這種原理設(shè)計(jì)的顯示器，叫液晶顯示器（種原理設(shè)計(jì)的顯示器，叫液晶顯示器（LCD）。）。這種液態(tài)光電顯示材料，利用液晶的這種液態(tài)光電顯示材料，利用液晶的電光效應(yīng)電光效應(yīng)把把電信號(hào)電信號(hào)轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換成字符字符、圖像圖像等可見信號(hào)。等可見信號(hào)。液晶顯示器為什么能夠成像呢？液晶顯示器為什么能夠成像呢？玻璃基片玻璃基片彩色濾光片彩色濾光片玻璃基片玻璃基片背背 光光 源源液晶在正常情況下液晶在正常情況下, ,其分子其分子排列很有秩序排列很有秩序, ,顯得清澈透顯

32、得清澈透明明, ,一旦加上直流電場(chǎng)后一旦加上直流電場(chǎng)后, ,分分子的排列被打亂子的排列被打亂, ,進(jìn)而控制進(jìn)而控制背光燈管所發(fā)出之光的透射背光燈管所發(fā)出之光的透射程度，程度，因而能顯示圖象因而能顯示圖象. .在液晶顯示器的屏幕上布滿了發(fā)光點(diǎn)，每個(gè)發(fā)光在液晶顯示器的屏幕上布滿了發(fā)光點(diǎn)，每個(gè)發(fā)光點(diǎn)上有紅、綠、藍(lán)三種色素，透射光經(jīng)三原色濾點(diǎn)上有紅、綠、藍(lán)三種色素，透射光經(jīng)三原色濾光片后，就可產(chǎn)生各種色彩了。光片后，就可產(chǎn)生各種色彩了。液晶顯示器的優(yōu)點(diǎn)：液晶顯示器的優(yōu)點(diǎn)：相對(duì)相對(duì)CRT （Cathode Ray Tube）純平顯示器來純平顯示器來說，液晶顯示器天生有擁有以下絕對(duì)優(yōu)勢(shì)：說，液晶顯示器天生

33、有擁有以下絕對(duì)優(yōu)勢(shì)： 1、零輻射，低耗能，散熱小。、零輻射，低耗能，散熱小。LCD:通過扭轉(zhuǎn)液晶像素中的液晶分子偏轉(zhuǎn)角度實(shí)現(xiàn)畫通過扭轉(zhuǎn)液晶像素中的液晶分子偏轉(zhuǎn)角度實(shí)現(xiàn)畫面還原。面還原。CRT：內(nèi)部具有超高壓元器件，：內(nèi)部具有超高壓元器件，由于高壓導(dǎo)致由于高壓導(dǎo)致的的x射線超標(biāo)。射線超標(biāo)。LCD:機(jī)器機(jī)器結(jié)構(gòu)電路簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)電路簡(jiǎn)單，模塊化以及芯片的高集成化，模塊化以及芯片的高集成化足以把電路工作時(shí)候產(chǎn)生的足以把電路工作時(shí)候產(chǎn)生的電磁輻射降到最低電磁輻射降到最低，能耗也，能耗也小，散熱也小。小，散熱也小。CRT顯示器：由于考慮到散熱，不得以在屏蔽罩上鉆孔顯示器：由于考慮到散熱，不得以在屏蔽罩上鉆孔導(dǎo)

34、致輻射的泄露。導(dǎo)致輻射的泄露。 2、纖薄輕巧、纖薄輕巧正是液晶顯示器的出現(xiàn)，才令手提電腦的發(fā)明正是液晶顯示器的出現(xiàn)，才令手提電腦的發(fā)明成為可能。同樣，桌式液晶顯示器雖然在體積成為可能。同樣，桌式液晶顯示器雖然在體積以及重量上要比手提電腦的都要大一些，但是，以及重量上要比手提電腦的都要大一些，但是，相對(duì)那又笨又重的相對(duì)那又笨又重的CRT顯示器來說就是小巫顯示器來說就是小巫見大巫了。以見大巫了。以15英寸的顯示器比較，英寸的顯示器比較，CRT顯顯示器的深度一般接近示器的深度一般接近50厘米，而大白鯊最新推厘米，而大白鯊最新推出的液晶顯示器出的液晶顯示器NF-1500MA的深度卻不到的深度卻不到5厘

35、厘米！米！ 3、保護(hù)眼睛，保護(hù)眼睛，強(qiáng)光線下清晰度高強(qiáng)光線下清晰度高液晶本身不發(fā)光，屬于受光型顯示器件，只是液晶本身不發(fā)光，屬于受光型顯示器件，只是反射環(huán)境光，顯示畫面穩(wěn)定而不閃爍，反射環(huán)境光，顯示畫面穩(wěn)定而不閃爍，有利于有利于長(zhǎng)時(shí)間的使用電腦，且長(zhǎng)時(shí)間的使用電腦，且強(qiáng)光線下反射的圖像反強(qiáng)光線下反射的圖像反而更清晰。而而更清晰。而CRT屬于主動(dòng)發(fā)光型顯示器件，屬于主動(dòng)發(fā)光型顯示器件，螢光粉只在電子束轟擊下才發(fā)光，即使以螢光粉只在電子束轟擊下才發(fā)光，即使以85HZ的頻率轟擊螢光粉，在長(zhǎng)時(shí)間盯著熒屏仍然會(huì)的頻率轟擊螢光粉，在長(zhǎng)時(shí)間盯著熒屏仍然會(huì)因?yàn)槲灩夥鄣拈W爍而導(dǎo)致眼睛疲勞。因?yàn)槲灩夥鄣拈W爍而導(dǎo)致

36、眼睛疲勞。 塑晶塑晶像液體的像液體的固體固體一類具有一類具有塑性塑性的固態(tài)的固態(tài)晶體晶體。其特殊宏觀性質(zhì)。其特殊宏觀性質(zhì)與形態(tài)起源于，在一定溫度條件下，晶體內(nèi)與形態(tài)起源于，在一定溫度條件下，晶體內(nèi)分子間的排列雖仍基本保持與三維點(diǎn)陣對(duì)應(yīng)分子間的排列雖仍基本保持與三維點(diǎn)陣對(duì)應(yīng)的周期性而得以維持晶體的基本特征的周期性而得以維持晶體的基本特征，但基，但基于其分子旋轉(zhuǎn)勢(shì)壘較低的特殊性，分子在平于其分子旋轉(zhuǎn)勢(shì)壘較低的特殊性，分子在平衡位置產(chǎn)生與旋轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)的取向無序的狀態(tài)，衡位置產(chǎn)生與旋轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)的取向無序的狀態(tài)，從而使從而使分子間較易產(chǎn)生滑動(dòng)分子間較易產(chǎn)生滑動(dòng)而導(dǎo)致晶體呈現(xiàn)而導(dǎo)致晶體呈現(xiàn)一定塑性。一定塑性。19

37、84年，美國(guó)在市場(chǎng)上推出一種塑晶家庭取暖材料。年，美國(guó)在市場(chǎng)上推出一種塑晶家庭取暖材料。它和液晶相似，它和液晶相似，有晶體的三維周期性，但力學(xué)性質(zhì)象有晶體的三維周期性，但力學(xué)性質(zhì)象塑料。塑料。它能在恒定溫度下通過塑晶分子構(gòu)型發(fā)生固它能在恒定溫度下通過塑晶分子構(gòu)型發(fā)生固-固固相變貯熱、放熱。塑晶在恒溫相變貯熱、放熱。塑晶在恒溫44時(shí)，白天吸收太陽時(shí)，白天吸收太陽能而貯存熱能，晚上則放出白天貯存的熱能。另外將能而貯存熱能，晚上則放出白天貯存的熱能。另外將塑晶熔化到玻璃和有機(jī)纖維墻板中可用于貯熱，將調(diào)塑晶熔化到玻璃和有機(jī)纖維墻板中可用于貯熱，將調(diào)整配比后的塑晶加入玻璃和纖維制成的墻板中，能制整配比后

38、的塑晶加入玻璃和纖維制成的墻板中，能制冷降溫。我國(guó)對(duì)塑晶也開展了一些實(shí)驗(yàn)研究，但尚未冷降溫。我國(guó)對(duì)塑晶也開展了一些實(shí)驗(yàn)研究，但尚未實(shí)際應(yīng)用。實(shí)際應(yīng)用。 塑晶貯熱塑晶貯熱穩(wěn)穩(wěn) 態(tài)：態(tài)：體系自由能最低的平衡狀態(tài)。體系自由能最低的平衡狀態(tài)。 亞穩(wěn)態(tài)：亞穩(wěn)態(tài)：體系高于平衡態(tài)時(shí)自由能的狀態(tài)的一種非平衡。體系高于平衡態(tài)時(shí)自由能的狀態(tài)的一種非平衡。 同一化學(xué)成分的材料，其亞穩(wěn)態(tài)時(shí)的性能不同于平同一化學(xué)成分的材料，其亞穩(wěn)態(tài)時(shí)的性能不同于平衡態(tài)時(shí)的性能，而且亞穩(wěn)態(tài)可因形成條件的不同而呈衡態(tài)時(shí)的性能，而且亞穩(wěn)態(tài)可因形成條件的不同而呈多種形式，它們所表現(xiàn)的性能迥異，在很多情況下，多種形式，它們所表現(xiàn)的性能迥異，在很

39、多情況下，亞穩(wěn)態(tài)材料的某些性能會(huì)優(yōu)于其處于平衡態(tài)時(shí)的性能，亞穩(wěn)態(tài)材料的某些性能會(huì)優(yōu)于其處于平衡態(tài)時(shí)的性能，甚至出現(xiàn)特殊的性能。因此，對(duì)材料亞穩(wěn)態(tài)的研究不甚至出現(xiàn)特殊的性能。因此，對(duì)材料亞穩(wěn)態(tài)的研究不僅有理論上的意義，更具有重要的實(shí)用價(jià)值僅有理論上的意義，更具有重要的實(shí)用價(jià)值。 納米晶材料（納米結(jié)構(gòu)材料）是由（至納米晶材料（納米結(jié)構(gòu)材料）是由（至少在一個(gè)方向上）尺寸為幾個(gè)納米的結(jié)少在一個(gè)方向上）尺寸為幾個(gè)納米的結(jié)構(gòu)單元（主要是晶體）所構(gòu)成。納米晶構(gòu)單元（主要是晶體）所構(gòu)成。納米晶材料是一種材料是一種非平衡態(tài)非平衡態(tài)的結(jié)構(gòu)，其中的結(jié)構(gòu)，其中存在存在大量的晶體缺陷大量的晶體缺陷。納米材料也可由非晶。

40、納米材料也可由非晶物質(zhì)組成。物質(zhì)組成。 由不同化學(xué)成分物相所組成的納米晶材由不同化學(xué)成分物相所組成的納米晶材料，通常稱為納米復(fù)合材料。料，通常稱為納米復(fù)合材料。 2物理性能物理性能 非晶合金一般具有高的電阻率和小的電阻溫非晶合金一般具有高的電阻率和小的電阻溫度系數(shù)前非晶合金最令人注目的是其優(yōu)良的磁度系數(shù)前非晶合金最令人注目的是其優(yōu)良的磁學(xué)性能，包括軟磁性能和硬磁性能。此外，使學(xué)性能，包括軟磁性能和硬磁性能。此外，使非晶合金部分晶化后可獲得非晶合金部分晶化后可獲得1020nm尺度的尺度的極細(xì)晶粒，因而細(xì)化磁疇，產(chǎn)生更好的高頻軟極細(xì)晶粒，因而細(xì)化磁疇，產(chǎn)生更好的高頻軟磁性能。有些非晶合金具有很好的

41、硬磁性能，磁性能。有些非晶合金具有很好的硬磁性能，其磁化強(qiáng)度、剩磁、矯頑力、磁能積都很高，其磁化強(qiáng)度、剩磁、矯頑力、磁能積都很高，例如例如 NdFeB非晶合金經(jīng)部分晶化處理后非晶合金經(jīng)部分晶化處理后（1450nm尺寸晶粒）達(dá)到目前永磁合金的尺寸晶粒）達(dá)到目前永磁合金的最高磁能積值，是重要的永磁材料。最高磁能積值，是重要的永磁材料。 3化學(xué)性能化學(xué)性能 許多非晶態(tài)合金具有極佳的抗腐蝕性，許多非晶態(tài)合金具有極佳的抗腐蝕性，這是由于其結(jié)構(gòu)的均勻性，不存在晶界、這是由于其結(jié)構(gòu)的均勻性，不存在晶界、位錯(cuò)、沉淀相。以及在凝固結(jié)晶過程產(chǎn)位錯(cuò)、沉淀相。以及在凝固結(jié)晶過程產(chǎn)生的成分偏析等能導(dǎo)致局部電化學(xué)腐蝕生的

42、成分偏析等能導(dǎo)致局部電化學(xué)腐蝕的因素。的因素。準(zhǔn)晶的結(jié)構(gòu)準(zhǔn)晶的結(jié)構(gòu)化學(xué)成份比較復(fù)雜化學(xué)成份比較復(fù)雜公認(rèn)的：無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說公認(rèn)的：無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說結(jié)構(gòu)單元都是結(jié)構(gòu)單元都是SiO44-四面四面體，即一個(gè)體，即一個(gè)Si原子被四原子被四個(gè)個(gè)O原子所包圍，這種原子所包圍，這種四面體互相聯(lián)結(jié)四面體互相聯(lián)結(jié),或由其或由其他金屬離子沿頂角鍵合他金屬離子沿頂角鍵合構(gòu)成不規(guī)則的三維空間構(gòu)成不規(guī)則的三維空間網(wǎng)絡(luò)，缺乏長(zhǎng)程有序性。網(wǎng)絡(luò)，缺乏長(zhǎng)程有序性。無固定熔點(diǎn)，無固定形態(tài)：無固定熔點(diǎn)，無固定形態(tài)：玻璃玻璃在一定溫度范圍內(nèi)逐在一定溫度范圍內(nèi)逐漸變軟。在軟化狀態(tài)，可漸變軟。在軟化狀態(tài)，可被吹制加工成各種不同的被吹制加工成

43、各種不同的外形。外形。在在x射線衍射中表現(xiàn)為非晶態(tài)射線衍射中表現(xiàn)為非晶態(tài)熔融態(tài)的玻璃向固態(tài)玻璃體的轉(zhuǎn)變，是在相當(dāng)寬的溫度范圍內(nèi)熔融態(tài)的玻璃向固態(tài)玻璃體的轉(zhuǎn)變，是在相當(dāng)寬的溫度范圍內(nèi)逐漸完成的，隨著溫度的下降，玻璃熔融體愈變愈粘，最后成逐漸完成的，隨著溫度的下降，玻璃熔融體愈變愈粘，最后成為機(jī)械固體，但始終沒有新相出現(xiàn)，并且自由度不發(fā)生變化。為機(jī)械固體，但始終沒有新相出現(xiàn)，并且自由度不發(fā)生變化。只與強(qiáng)堿反應(yīng)只與強(qiáng)堿反應(yīng)SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O易被易被HF酸腐蝕生成氣體酸腐蝕生成氣體SiF4：SiO2+4HF=SiF4+2H2O 化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。各向同性各向同性非晶體

44、的玻璃，經(jīng)過相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間后，在它里面生成非晶體的玻璃，經(jīng)過相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間后，在它里面生成了微小的晶體了微小的晶體，形成透明性減弱的模糊斑點(diǎn)。這說明，形成透明性減弱的模糊斑點(diǎn)。這說明非晶體經(jīng)過一定時(shí)間會(huì)自動(dòng)變成晶體。非晶體經(jīng)過一定時(shí)間會(huì)自動(dòng)變成晶體。 內(nèi)能高內(nèi)能高沒有晶界沒有晶界性能可調(diào)控性能可調(diào)控 (組分調(diào)變，表面處理等技術(shù)組分調(diào)變，表面處理等技術(shù))即在玻璃體內(nèi)任何方向測(cè)得的熱膨脹系數(shù)、導(dǎo)即在玻璃體內(nèi)任何方向測(cè)得的熱膨脹系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)、導(dǎo)電性、折光率以及機(jī)械性能等物理熱系數(shù)、導(dǎo)電性、折光率以及機(jī)械性能等物理性質(zhì)參數(shù)都是一致的，而晶體則是各向異性的。性質(zhì)參數(shù)都是一致的，而晶體則是各向異性的。結(jié)構(gòu)結(jié)

45、構(gòu)透明易碎透明易碎黑色類，它吸收了大部分的光子，但它不黑色類，它吸收了大部分的光子，但它不釋放或釋放少量光子。光的能量它以熱能釋放或釋放少量光子。光的能量它以熱能或其他能量形式儲(chǔ)存起來或慢慢釋放出來?；蚱渌芰啃问絻?chǔ)存起來或慢慢釋放出來。 玻璃一般都是由二氧化硅和硅酸鹽所組成，這些分子玻璃一般都是由二氧化硅和硅酸鹽所組成，這些分子對(duì)于光的吸收比較弱，所以光波很容易在玻璃體中穿對(duì)于光的吸收比較弱，所以光波很容易在玻璃體中穿過，我們看起來就是透明的了。過，我們看起來就是透明的了。透明透明小新，知道小新，知道什么是毛玻什么是毛玻璃么？璃么？就是長(zhǎng)滿毛就是長(zhǎng)滿毛的玻璃的玻璃毛玻璃就是毛玻璃就是表面凸凹

46、不表面凸凹不平的玻璃平的玻璃當(dāng)光線到達(dá)當(dāng)光線到達(dá)這凸凹不平這凸凹不平的表面時(shí)的表面時(shí)光線就會(huì)發(fā)生光線就會(huì)發(fā)生凌亂的折射凌亂的折射這時(shí)人們就只這時(shí)人們就只看見光看見光當(dāng)毛玻璃潤(rùn)當(dāng)毛玻璃潤(rùn)濕后濕后表面的凸凹不表面的凸凹不平就消失而變平就消失而變得平滑了得平滑了而水和玻璃的而水和玻璃的折射率相近折射率相近光線在凸凹的光線在凸凹的玻璃面上的折玻璃面上的折射度減小，而射度減小，而會(huì)保持原來的會(huì)保持原來的規(guī)則規(guī)則所以就能看清玻璃對(duì)面的圖像了所以就能看清玻璃對(duì)面的圖像了易碎易碎由于結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺少能發(fā)由于結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺少能發(fā)生滑動(dòng)的平面，缺少可生滑動(dòng)的平面，缺少可變形性。變形性。玻璃的分類及應(yīng)用玻璃的分類及應(yīng)用分類

47、分類氧化物玻璃氧化物玻璃金屬玻璃金屬玻璃半導(dǎo)體玻璃半導(dǎo)體玻璃特種玻璃特種玻璃硅酸鹽玻璃、硅酸鹽玻璃、硼酸鹽玻璃、硼酸鹽玻璃、磷酸鹽玻璃等磷酸鹽玻璃等 氧化物玻璃（傳統(tǒng)統(tǒng)稱的玻璃）氧化物玻璃（傳統(tǒng)統(tǒng)稱的玻璃） 在熔融時(shí)能形成連續(xù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的在熔融時(shí)能形成連續(xù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的氧化物氧化物，如，如氧化硅、氧化硅、氧化硼氧化硼、氧化氧化磷等，其熔融體在冷卻磷等，其熔融體在冷卻過程過程中中粘度粘度逐漸增大并逐漸增大并硬化硬化而不而不結(jié)晶結(jié)晶，都能成，都能成為玻璃體。為玻璃體。 硅酸鹽玻璃硅酸鹽玻璃硅酸鹽玻璃指基本成分硅酸鹽玻璃指基本成分為為SiO2的玻璃，其品種的玻璃，其品種多多 ，用途廣。，用途廣。 用途：用

48、途：化學(xué)儀器化學(xué)儀器；高壓水銀燈、紫外燈等的燈高壓水銀燈、紫外燈等的燈殼；殼；光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維等。等。 鈉鈣玻璃系。以鈉鈣玻璃系。以SiO2含量為主，還含有含量為主，還含有15的的Na2O和和16的的CaO，其成本低廉，其成本低廉，易成型，適宜大規(guī)模生產(chǎn)，其產(chǎn)量占實(shí)易成型，適宜大規(guī)模生產(chǎn)，其產(chǎn)量占實(shí)用玻璃的用玻璃的90?？缮a(chǎn)玻璃瓶罐、平板?？缮a(chǎn)玻璃瓶罐、平板玻璃、器皿、燈泡等。玻璃、器皿、燈泡等。膨脹系數(shù)小、耐酸堿、強(qiáng)度大、濾光膨脹系數(shù)小、耐酸堿、強(qiáng)度大、濾光 SiO2含量大于含量大于99.5 石英玻璃石英玻璃硼酸鹽玻璃以硼酸鹽玻璃以 B2O3為主要成分，熔融溫為主要成分，熔融溫度低，可抵

49、抗鈉蒸氣腐蝕。度低，可抵抗鈉蒸氣腐蝕。磷酸鹽玻璃以磷酸鹽玻璃以 P2O5為主要成分，折射率為主要成分，折射率低、色散低，用于光學(xué)儀器中。低、色散低，用于光學(xué)儀器中。以以 SiO2和和B2O3為主要成分，具有良好的耐熱性為主要成分，具有良好的耐熱性和化學(xué)穩(wěn)定性，用以制造烹飪器具、實(shí)驗(yàn)室儀和化學(xué)穩(wěn)定性，用以制造烹飪器具、實(shí)驗(yàn)室儀器、金屬焊封玻璃等。器、金屬焊封玻璃等。硼硅酸鹽玻璃硼硅酸鹽玻璃以以SiO2和和Al2O3為主要成分，軟化變形溫度高，為主要成分，軟化變形溫度高，用于制作放電燈泡、高溫玻璃溫度計(jì)、化學(xué)燃用于制作放電燈泡、高溫玻璃溫度計(jì)、化學(xué)燃燒管和玻璃纖維等。燒管和玻璃纖維等。 鋁硅酸鹽玻

50、璃鋁硅酸鹽玻璃二元硅酸鹽玻璃二元硅酸鹽玻璃:金屬玻璃金屬玻璃一般由熔融的金屬迅速冷卻而制得一般由熔融的金屬迅速冷卻而制得 由于突然冷卻，液體來不及結(jié)晶，于是原子便由于突然冷卻，液體來不及結(jié)晶，于是原子便成無序排列狀態(tài)了。要生產(chǎn)出成無序排列狀態(tài)了。要生產(chǎn)出“金屬玻璃金屬玻璃”，冷卻的速度需要很快。純金屬：冷卻的速度需要很快。純金屬：10001000度度/ /秒秒 對(duì)科學(xué)家來講，玻璃是任何能從液體冷卻成固體對(duì)科學(xué)家來講，玻璃是任何能從液體冷卻成固體而無結(jié)晶的材料。而無結(jié)晶的材料。 金屬玻璃金屬玻璃既有金屬和玻璃的優(yōu)點(diǎn)既有金屬和玻璃的優(yōu)點(diǎn), , 又克服了它又克服了它們各自的弊病如玻璃易碎們各自的弊病

51、如玻璃易碎, , 沒有延展性金沒有延展性金屬玻璃的強(qiáng)度卻高于鋼屬玻璃的強(qiáng)度卻高于鋼, , 硬度超過高硬工具鋼硬度超過高硬工具鋼, , 且具有一定的韌性和剛性且具有一定的韌性和剛性, , 所以所以, , 人們贊揚(yáng)金人們贊揚(yáng)金屬玻璃為屬玻璃為“敲不碎、砸不爛敲不碎、砸不爛”的的“玻璃之玻璃之王王” 目前，美國(guó)加利福尼亞理工學(xué)院研制一種最目前，美國(guó)加利福尼亞理工學(xué)院研制一種最新方法制造出新方法制造出“金屬玻璃金屬玻璃”材料，該材料的硬材料，該材料的硬度和彈性是鈦的兩倍，用它制造的度和彈性是鈦的兩倍，用它制造的3 3毫米直徑毫米直徑合成金屬棒能夠支撐一輛合成金屬棒能夠支撐一輛2 2噸重的卡車，金屬噸重

52、的卡車，金屬棒僅僅出現(xiàn)輕度彎曲，而不像其他金屬棒被折棒僅僅出現(xiàn)輕度彎曲，而不像其他金屬棒被折斷。斷。 半導(dǎo)體玻璃，即非晶硅等，制造工藝比較簡(jiǎn)半導(dǎo)體玻璃，即非晶硅等，制造工藝比較簡(jiǎn)單，也可制造出很大尺寸的薄膜材料，適合單，也可制造出很大尺寸的薄膜材料，適合于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)，因而顯示出巨大的應(yīng)于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)，因而顯示出巨大的應(yīng)用前景。用前景。 半導(dǎo)體玻璃半導(dǎo)體玻璃當(dāng)半導(dǎo)體材料受到光照時(shí)，半導(dǎo)體內(nèi)的電荷分布狀當(dāng)半導(dǎo)體材料受到光照時(shí)，半導(dǎo)體內(nèi)的電荷分布狀態(tài)發(fā)生變化而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)和電流的效應(yīng)。此時(shí)，不態(tài)發(fā)生變化而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)和電流的效應(yīng)。此時(shí)，不需要任何外加電源，只要有光照射，半導(dǎo)體的兩端需要任何外加

53、電源，只要有光照射，半導(dǎo)體的兩端就會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差，接上負(fù)載后就會(huì)產(chǎn)生電流。就會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差，接上負(fù)載后就會(huì)產(chǎn)生電流。非晶非晶硅就可硅就可制成光電池或太陽能電池。把太陽能直接轉(zhuǎn)制成光電池或太陽能電池。把太陽能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。變?yōu)殡娔艿难b置。將來，每幢樓房都可將來，每幢樓房都可以安裝一個(gè)小型太陽以安裝一個(gè)小型太陽能能“電站電站”：在樓頂：在樓頂鋪一層鋪一層半導(dǎo)體玻璃薄半導(dǎo)體玻璃薄膜膜材料，有陽光照射材料，有陽光照射時(shí)就會(huì)產(chǎn)生電力，把時(shí)就會(huì)產(chǎn)生電力，把多余的電力存到蓄電多余的電力存到蓄電池中，到了夜間或陰池中，到了夜間或陰雨天，再由蓄電池向雨天，再由蓄電池向每個(gè)家庭供電。這樣，每個(gè)家庭供電。這樣，

54、我們做飯、取暖、洗我們做飯、取暖、洗衣、看電視，就不再衣、看電視，就不再需要消耗別的能源了。需要消耗別的能源了。 特種玻璃特種玻璃夾層玻璃夾層玻璃是利用透明、粘接力強(qiáng)的塑料膜片將是利用透明、粘接力強(qiáng)的塑料膜片將兩塊或兩塊以上的平板玻璃在高溫高壓作用之兩塊或兩塊以上的平板玻璃在高溫高壓作用之下粘接起來的玻璃。夾層玻璃的強(qiáng)度高，有優(yōu)下粘接起來的玻璃。夾層玻璃的強(qiáng)度高，有優(yōu)異的抗沖擊和抗穿透性能，破碎時(shí)玻璃碎片被異的抗沖擊和抗穿透性能，破碎時(shí)玻璃碎片被塑料膜片粘結(jié)，不易脫離飛散塑料膜片粘結(jié)，不易脫離飛散夾層玻璃夾層玻璃鋼化玻璃鋼化玻璃：普通玻璃加熱軟化，再急速冷卻得到普通玻璃加熱軟化，再急速冷卻得到

55、主要用作汽車、主要用作汽車、飛機(jī)的擋風(fēng)玻璃，飛機(jī)的擋風(fēng)玻璃，防彈玻璃，也用防彈玻璃，也用于有特殊安全要于有特殊安全要求的建筑物門窗、求的建筑物門窗、幕墻及展示陳列幕墻及展示陳列等方面。等方面。吸熱玻璃吸熱玻璃吸熱玻璃能吸收大量熱射線并保持良好透明度。吸熱玻璃能吸收大量熱射線并保持良好透明度。常見的吸熱玻璃顏色有茶色、藍(lán)色、灰色、綠常見的吸熱玻璃顏色有茶色、藍(lán)色、灰色、綠色等。多用作建筑物門窗、幕墻及車、船風(fēng)擋色等。多用作建筑物門窗、幕墻及車、船風(fēng)擋玻璃等，起采光、裝飾、防眩、節(jié)能作用。玻璃等，起采光、裝飾、防眩、節(jié)能作用。吸熱玻璃是在普通硅酸鹽玻璃中引入一定量的吸熱玻璃是在普通硅酸鹽玻璃中引入

56、一定量的著色氧化物或在玻璃表面噴涂著色氧化物薄膜著色氧化物或在玻璃表面噴涂著色氧化物薄膜而具有吸熱性。而具有吸熱性。 藍(lán)色藍(lán)色(Co2O3)紅色紅色 (Cu2O) 淡綠色淡綠色 (FeO)在建筑物上大量使用在建筑物上大量使用微晶玻璃微晶玻璃微晶玻璃：將加有金屬氧化物晶核的特定組合微晶玻璃：將加有金屬氧化物晶核的特定組合的玻璃，在一定溫度下進(jìn)行晶化熱處理，成為的玻璃，在一定溫度下進(jìn)行晶化熱處理，成為具有微晶體和玻璃相均勻分布的復(fù)合材料。具有微晶體和玻璃相均勻分布的復(fù)合材料。結(jié)構(gòu)：微晶體由結(jié)構(gòu)：微晶體由玻璃相與結(jié)晶相玻璃相與結(jié)晶相組成。組成。性能：機(jī)械強(qiáng)度高，絕緣性能優(yōu)良，介電損耗性能：機(jī)械強(qiáng)度高，絕緣性能優(yōu)良，介電損耗