材料研究方法非晶分析

1、非晶分析材料研究方法 課程內(nèi)容一非晶態(tài)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的主要特征非晶態(tài)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)表征及其結(jié)構(gòu)常數(shù)非晶態(tài)物質(zhì)的晶化二三課程內(nèi)容定義：是指質(zhì)點(diǎn)短程有序而長(zhǎng)程無序排列的物質(zhì)。分類：氧化物玻璃、金屬玻璃、有機(jī)聚合物、非晶陶瓷、非晶半導(dǎo)體等。性能：質(zhì)點(diǎn)分布的特殊性，在力學(xué)、光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、聲學(xué)等方面性能優(yōu)異分析方法：X射線衍射法和電子衍射法一、非晶態(tài)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的主要特征晶態(tài)與非晶態(tài)在結(jié)構(gòu)上的主要區(qū)別在于質(zhì)點(diǎn)的長(zhǎng)程排列是否有序。宏觀上講，非晶態(tài)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)均勻，各向同性，但到原子尺寸時(shí)，結(jié)構(gòu)也是不均勻的；非晶態(tài)為亞穩(wěn)定態(tài)，熱力學(xué)不穩(wěn)定，有自發(fā)向晶態(tài)轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)即晶化。晶化過程非常復(fù)雜，有時(shí)要經(jīng)歷若干個(gè)中間階段。 二

2、、非晶態(tài)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)表征及其結(jié)構(gòu)常數(shù)非晶態(tài)的物質(zhì)結(jié)構(gòu)表征統(tǒng)計(jì)法即徑向分布函數(shù)。非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的四個(gè)常數(shù)： 配位數(shù)n徑向分布函數(shù)的第一個(gè)峰的面積所包含的原子數(shù) 最近鄰原子的平均距離r徑向分布函數(shù)的第一個(gè)峰峰位距中心的距離 短程原子有序疇rs徑向分布函數(shù)振蕩趨于停止的點(diǎn)距中心的距離 原子的平均位移徑向分布函數(shù)第一峰的半高寬的1/2.36。 非晶態(tài)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)表征1徑向分布函數(shù)(不同于原子中電子的徑向分布函數(shù)) 多元非晶，其分布函數(shù)復(fù)雜，不做介紹二 、非晶態(tài)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)表征及其結(jié)構(gòu)常數(shù)2非晶態(tài)結(jié)構(gòu)常數(shù)-由RDF表征 1）配位數(shù)n 分布曲線上第一個(gè)峰下的面積即為最近鄰球形殼層中的原子數(shù)目，即配位數(shù) 2）最近鄰原

3、子的平均距離rr可由徑向分布函數(shù)的峰位求得，RDF(r)曲線的每一個(gè)峰分別對(duì)應(yīng)于一個(gè)殼層，即第一個(gè)峰對(duì)應(yīng)于第一殼層，第二峰對(duì)應(yīng)于第二殼層，依此類推。 由于RDF與r2相關(guān)，在制圖和分析時(shí)均不方便，為此，常采用（1）雙體分布函數(shù)或（2）簡(jiǎn)約分布函數(shù)來替代它。雙體分布函數(shù)或簡(jiǎn)約分布函數(shù)均是通過徑向分布函數(shù)轉(zhuǎn)化而來的。（1）雙體相關(guān)函數(shù)（2）簡(jiǎn)約徑向分布函數(shù) 簡(jiǎn)約徑向分布函數(shù)雙體相關(guān)函數(shù)二 、非晶態(tài)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)表征及其結(jié)構(gòu)常數(shù)4）原子的平均位移3）短程原子有序疇rs 短程原子有序疇是指短程有序的尺寸大小，用rs表示。當(dāng)rrs時(shí)，原子排列完全無序。rs值可通過徑向分布函數(shù)曲線來獲得：在雙體相關(guān)函數(shù)g(x

4、)曲線中，當(dāng)g(r)值的振蕩1時(shí)，原子排列完全無序，此時(shí)的r值即為短程原子有序疇rs；在簡(jiǎn)約徑向分部函數(shù)G(r)曲線中，則當(dāng)G(x)值的振蕩0時(shí)，原子排列不再有序，此時(shí)r的值即為rs。 原子的平均位移是指第一球形殼層中的各個(gè)原子偏離平均距離r的程度。反映在徑向分布曲線上即為第一個(gè)峰的寬度，寬度愈大，表明原子偏離平均距離愈遠(yuǎn)，原子位置的不確定性也就愈大。因此，反映了非晶態(tài)原子排列的無序性，的大小即為RDF(r)第一峰半高寬的二 、非晶態(tài)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)表征及其結(jié)構(gòu)常數(shù)與峰位相對(duì)應(yīng)的是相鄰分子或原子間的平均距離，其近似值可由非晶衍射的 準(zhǔn)布拉格方程2dsin=1.23獲得：三 、非晶態(tài)物質(zhì)的晶化 1晶化過程短程有序范圍rs逐漸增大，由短程有序逐漸過渡到長(zhǎng)程有序，完成晶化轉(zhuǎn)變。 為漫散峰的半高寬，單位為弧度。rs反映了非晶物質(zhì)中相干散射區(qū)的尺度。非晶態(tài)物質(zhì)更精確的結(jié)構(gòu)信息還是通過其原子徑向分布函數(shù)來分析獲得。2）漫散峰的半高寬即為短程有序區(qū)的大小rs，其近似值可通過謝樂公式Lcos=中的L來表征，即漫射峰又稱饅頭峰卻是區(qū)分晶態(tài)和非晶態(tài)的最顯著