晶態(tài)和非晶態(tài)材料

晶態(tài)和非晶態(tài)材料第一頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六氣態(tài)液態(tài)固態(tài)T(K)TbTfTg

V(dm3)12氣體液體晶體非晶體Tb–沸點Tf–凝固點Tg–玻璃化溫度1.連續(xù)的固化到非晶態(tài)固體——緩慢降溫；2.不連續(xù)的固化到晶態(tài)固體——快速降溫；第二頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六2.1晶體特征及其結構基礎

晶體以其特有的點陣結構的特殊性，呈現(xiàn)出與其它物質(zhì)（氣、液、非晶態(tài)）完全不同的特殊性質(zhì)。

1.晶體的均勻性

晶體結構是由相同晶胞周期的并置而成。從宏觀上來說，晶體的性質(zhì)是一個連續(xù)的整體，并不隨觀察的位置而改變。

如：相同的密度、化學組成第三頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六2.晶體的各向異性

在晶體中不同的方向上具有不同的物理性質(zhì)，即為各向異性。主要是由于晶體內(nèi)的粒子在不同方向上排列、取向不同導致的。例如，在不同的方向具有不同的電導率、膨脹系數(shù)、折光率、機械強度等。第四頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六3.晶體的自范性

晶體物質(zhì)在適宜的外界條件下能自發(fā)的生長出由晶面，晶棱等幾何元素所圍成的凸多面體外形來，晶體的這一性質(zhì)即為晶體的自范性。

在理想的環(huán)境中，晶體可以生長成凸多面體，凸多面體的晶面數(shù)(F)，晶棱數(shù)(E)和頂點數(shù)(V)之間的關系符合下面公式：

F+V=E+2

即：面數(shù)+頂點數(shù)=晶棱數(shù)+2第五頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六

若對各相應的晶面分別引法線，則每兩條法線之間夾角稱作晶面交角，它也必為一常數(shù)。這一規(guī)律叫做“晶面夾角（或交角）守恒定律”------1669年由斯特諾（N.Steno）首先提出。第六頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六玻璃體不會自發(fā)的形成多面體外形，當一塊玻璃冷卻時，隨著溫度降低，粘度變大，流動性變小，固化成表面圓滑的無定形體，與晶體的有棱、有頂角、有平面的性質(zhì)完全不同。第七頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六4.晶體的熔點晶體具有周期性結構，各個部分都按同一方式排列，當溫度升高，熱震動加劇，晶體開始熔化時，各部分需要同樣的溫度，因而晶體具有一定的熔點。TtTt非晶態(tài)晶態(tài)第八頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六5.晶體的對稱性

晶體的理想外形和晶體內(nèi)部結構都具有特定的對稱性。其主要是由于晶體組成微粒的規(guī)則排列而產(chǎn)生的。事實上，晶體的對稱性與晶體的性質(zhì)關系非常密切。

第九頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六2.2晶體學點群和晶體的性質(zhì)

盡管自然界中晶體的外形是多種多樣變化無窮的，而就其對稱性來看卻并不超出32種點群代表的宏觀對稱類型。由于晶體的物理性質(zhì)由晶體對稱性決定，而且也只決定于它的點群的對稱性，所以對晶體學點群的研究十分重要。

第十頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六2.2.1晶體學點群的分類

晶體學點群可分為兩類，即11個純旋轉(zhuǎn)操作點群或只含第I類操作的點群以及21個非純旋轉(zhuǎn)群或含第II類操作的點群。其中純旋轉(zhuǎn)點群又可分為循環(huán)群（只具有1個n次軸的點群）、雙面群（具有一個n次軸和n個與之垂直的二次軸的點群）和立方群（具有一個以上高次軸的點群）。

第十一頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六21個非純旋轉(zhuǎn)的晶體學點群中包含有11個中心對稱的點群，這11個中心對稱點群也可以由11個純旋轉(zhuǎn)的、非中心對稱的晶體學點群在對稱軸系的中心點加一對稱中心而得。表2.2-1列出32個晶體學點群的分類。在表中，前面兩列的點群分別為11個非純旋轉(zhuǎn)中心對稱的點群和11個純旋轉(zhuǎn)非對稱中心點群。這11對點群之間只是差一個對稱中心，所以階次也正好是相差一倍。11個中心對稱的點群又稱為Laue(勞埃)點群。

第十二頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六第十三頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六2.2.2晶體的點群和晶體的物理性質(zhì)

晶體的點群是它的各種宏觀物理性質(zhì)所共有的對稱性。換言之，晶體的點群是它的任意一種物理性質(zhì)對稱群的子群。

第十四頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六一種晶體的任意一種性質(zhì)的對稱群必須包括該晶體的點群的對稱操作。晶體對稱性的這種關系稱為Neumann定理；根據(jù)這種關系可以從晶體的物理性質(zhì)推引出有關晶體對稱性的信息，例如判斷有無對稱中心，也可以從對稱性尋找具有某種物理性能的材料以及獲得切割晶體制造晶體器件的信息。

第十五頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六

非中心對稱的晶體所屬的點群及其物理性質(zhì)間的相互聯(lián)系。一些重要的物理性質(zhì)僅出現(xiàn)在非中心對稱的晶體中。第十六頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六晶體屬于11種純旋轉(zhuǎn)對稱的點群晶體的對映體現(xiàn)象手性和不對稱性壓電效應和二次諧波倍頻效應晶體屬于非中心對稱的晶體熱電效應和鐵電效應晶體必須是極性晶體晶體的力學性能晶體對稱性沒有直接關系第十七頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六

晶體折光率在不同方向上的大小數(shù)值，可以用折光率橢球表示。不同晶系其光學性質(zhì)有很大區(qū)別。第十八頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六2.3晶體結構缺陷理想晶體的完整點陣結構是一個理論上的概念，自然界選擇的是不完整的點陣結構。在可能的現(xiàn)實溫度下，晶體中存在對理想晶體結構的偏離和結構不完整的幾種情況為：

1.溫度增加時候，電子被激發(fā)到較高能級（激發(fā)態(tài)的原子或離子），電子被激發(fā)以后形成的空穴叫電子空穴，電子-電子空穴對稱為激子，所需能量為色子；

2.原子缺陷包括外來原子置換正常結點位置的原子、填隙原子、原子空位等，主要為點缺陷；

3.幾何尺寸的線、面或體缺陷。第十九頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六缺陷生成的熱力學解釋：

△G=△H-T△S

其中△H表明生成缺陷所需的熱焓，△S為生成缺陷過程中產(chǎn)生的熵。第二十頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六重點內(nèi)容缺陷形成的熱力學基礎點缺陷的類型缺陷的表示方法和缺陷反應式第二十一頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六2.3.1缺陷晶體化合物材料

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（即各類原子的相對數(shù)目不能用幾個小的整數(shù)比表示），這樣的化合物被稱為非整比化合物，。非整比化合物由于它們的成分可以改變，因而出現(xiàn)變價原子，而使晶體具有特異顏色等光學性質(zhì)、半導體性甚至金屬性、特殊的磁學性質(zhì)以及化學反應活性等，因而成為重要的固體材料。第二十二頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六

按非整比化合物生成的情況，以及在不同方面的應用可以有以下幾種情況：

1.某種原子過多或短缺

晶體中點缺陷的存在，破壞了點陣結構，使得缺陷周圍的電子能級不同于正常位置原子周圍的能級，因此賦予晶體以特定的光學、電學和磁學性質(zhì)。第二十三頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六例如(1):ZnS中摻進約10-4%（原子）的AgCl，形成雜質(zhì)缺陷的ZnS晶體，在陰極射線激發(fā)下，發(fā)射波長為450nm的特征熒光，可作顯示器藍色熒光粉。第二十四頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六(2)氧化鋅在約1000K放在鋅蒸氣中加熱，能生成具有很小化學配比偏差的Zn1+δO，為N型半導體。(3)TiO在高于或低于整比TiO的分解壓的各種不同的氧分壓下加熱，可生成電導性質(zhì)不同的TiO1+δ。第二十五頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六(4)許多過渡金屬氧化物中，金屬離子出現(xiàn)混合價態(tài)，例如Ni1-δO中，與NiO相比較少了δ個Ni，就會有2δ個Ni2+氧化為Ni3+?；旌蟽r態(tài)化合物一般電導性比單純價態(tài)化合物強，顏色要深，磁學性質(zhì)改變，可用以制作顏料、磁性材料、氧化還原催化劑、蓄電池的電極材料等多種材料。

第二十六頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六2.層間嵌入某些離子、原子或分子

TiS2

為層形分子，Li+可進入層間，形成LiδTiS2(0<δ<1)該化合物有良好的導電性，可以用作鋰電池的電解質(zhì)或者鋰電池電極。第二十七頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六商品鋰離子電池正極材料多用LiCoO2，但Co價格昂貴、有毒?，F(xiàn)在研制的低成本替代產(chǎn)品：層狀結構的LiNiO2（合成條件苛刻，熱穩(wěn)定性差，不安全）；尖晶石結構的LiMn2O4（充電過程中存在著嚴重的容量衰減現(xiàn)象）。對這些電極材料的摻雜改性就是制成非整比化合物晶體：LiNixCo1-xO2；Li1+xMn2O4；LiScxMn2-xO4。第二十八頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六3.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化物，例如PdHx、LaNi5Hx、FeTiHx等。

2PdHx2Pd+XH2

可用作儲氫材料。第二十九頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六存在的理論疑惑：

缺陷簇超晶格新物相當缺陷在固溶體中彼此相互作用，即形成缺陷簇，而缺陷簇或可通過生長或通過有序的方式本身排列起來，即超晶格結構，此時則生成新的物相。第三十頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六2.4液晶材料

目前被用作新型的顯示材料的液晶相，在100多年前被發(fā)現(xiàn)，隨著對液晶結構特性的了解，已經(jīng)與集成電路一起在圖像顯示技術上開創(chuàng)了新的方法，在電光學、熱化學、分子光譜等許多領域中有廣泛的用途。第三十一頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六2.4.1液晶和塑晶的分類

晶體和液體之間即存在著兩種中間狀態(tài)：像晶體的液體和像液體的晶體，前者稱為液晶，后者稱為塑晶。晶體熔化時會產(chǎn)生兩種無序作用：平動作用和轉(zhuǎn)動作用。第三十二頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六液晶是先熔化失去平移對稱性，進一步升高溫度后產(chǎn)生轉(zhuǎn)動。塑晶是先進行轉(zhuǎn)動，這時從統(tǒng)計的角度看依然保持平移對稱性，再升溫后熔化而失去平移對稱性。第三十三頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六塑晶：在塑晶中分子的重心依然保持周期性的點陣結構，仍具有晶體的平移對稱性，本質(zhì)上仍是晶體。分子特點和運動:

球形;可以在平衡位置自由轉(zhuǎn)動;熱性質(zhì)：熔化熵??；液態(tài)存在溫度范圍??；固-固之間的相變儲熱。第三十四頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六液晶:有一類有機化合物晶體在加熱過程中，到達某一溫度T1時，熔化成粘稠狀而稍微有些混濁的液體，繼續(xù)加熱到更高溫度T2時將會變成透明的液體；偏光顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，在T1和T2之間所形成的混濁液體具有明顯的紋理，呈光學的各向異性，稱之為液晶。第三十五頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六2.4.2液晶的特性

液晶是固、液之間的中間物質(zhì)狀態(tài)，兼具液體和晶體的物理特性。液晶分子不具有平移對稱性，但分子平行排列，沿某一方向長程有序。分子特點：形如棒狀，長寬比在4~8之間分子量在200~500；約幾個納米的分子；分類：低分子液晶和高分子液晶（分子量）；熱致性液晶、溶致性液晶、壓致性液晶和流致性液晶（物理條件）；第三十六頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六根據(jù)織構形態(tài)不同，熱致性液晶可分為三種不同相：1.向列相（Nematic）液晶：剛性中心分子，柔性尾鏈；分子大致以長軸方向平行排列；黏度小、應答速度快；液晶顯示。第三十七頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六2.近晶相（Smectic）液晶：分子呈層狀排列；分子長軸大致垂直于層面方向，層間順向排列；黏度大，對電場應答速度慢；光記憶。第三十八頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六3.膽甾相（Cholestic）液晶：分子層狀排列，長軸大致平行于層面方向；相鄰兩面內(nèi)分子長軸差一定角度，呈螺旋型，可以看作是由多層向列型液晶堆積所成，稱為旋光性向列相液晶。不同溫度下產(chǎn)生不同波長的選擇性反射，產(chǎn)生不同顏色變化；溫度感測。第三十九頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六向列相近晶相膽甾相人們還發(fā)現(xiàn)了由雙親分子或含有長側(cè)鏈的盤狀分子形成的新液晶相，即柱狀相。第四十頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六2.4.3液晶材料

液晶不但可以由某些有機化合物加熱溶解后生成，而且可由某些有機化合物在一定的溶劑中溶解后生成。液晶的分子應該滿足三個基本要求：

（1）分子結構形狀為棒狀或平面形；（2）分子有一定極性；（3）適當?shù)拈L寬比例。第四十一頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六目前已知的液晶都是有機化合物，分子的形狀有長棒形和圓盤形兩種，長棒形液晶材料較早地被應用，均六苯酚的酯類化合物具有盤狀液晶性質(zhì)。幾種液晶化合物的相轉(zhuǎn)變溫度

第四十二頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六2.4.4液晶顯示技術LCD19世紀末，奧地利植物學家萊尼茲發(fā)現(xiàn)了液晶，并發(fā)現(xiàn)液態(tài)晶體分子排列有一定的順序，這種順序在電場的作用下會發(fā)生變化，從而影響它的光學性質(zhì)，人們把這種現(xiàn)象稱為電光效應；20世紀60年代英國科學家制造出世界第一塊液晶板；1968年美國RCA公司推出第一臺液晶顯示器；第四十三頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六第四十四頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六液晶顯示器是一種由液晶材料制造、利用電場調(diào)制的受光型顯示器件。具有三大優(yōu)點：

1）液晶本身不發(fā)光，只是反射環(huán)境光；

2）用于顯示的液晶厚度??；

3）液晶顯示器耗電量一般極低；作為一種新型電子顯示材料廣泛用于各種電子表、計算機、數(shù)字電壓表和大屏幕電視。第四十五頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六液晶顯示技術的發(fā)展主要分四個階段：第一代為動態(tài)散射（DSM）液晶顯示器；第二代是扭曲向列（TN）液晶顯示器；第三代超扭曲（STN）液晶顯示器；第四代薄膜晶體管（TFT）液晶顯示器。第四十六頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六液晶顯示器的關鍵部分是液晶板，在液晶板產(chǎn)品中，較為先進的產(chǎn)品應屬TFT-LCD(半導體薄膜晶體管液晶板)。由于液晶顯示器工作原理的自身因素，雖然LCD有健康、環(huán)保、低輻射、低能耗等優(yōu)點，但LCD液晶板的視角、色飽和度、亮度及反應速度等方面的缺陷一直是困擾液晶顯示屏普及的問題。第四十七頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六采用低溫多晶硅（p-Si）技術是提高液晶板分辨率的有效方法之一。最近美國inViso推出了沒有顯示器的筆記本計算機，一種叫做eShades的電子目鏡——可以與計算機連接戴在頭上的LCD顯示屏。第四十八頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六超薄設計是液晶顯示器的一大特點，不過將液晶顯示器做得像紙一樣薄，并且可以折疊將是一件很難想象的事。發(fā)光二極管（OLED）將被視為潛力雄厚的顯示技術，可以折疊聚合物式OLED顯示器將傳統(tǒng)的“硅基”材質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)椤八芑辈馁|(zhì)。其原料低廉，生產(chǎn)程序精簡，以及環(huán)境要求較低，塑基液晶顯示技術適用于制造超大面積屏；塑基優(yōu)秀的堅固性、低密度和靈活性可以被用來制造不易毀壞、任意形狀、扁平的、輕的液晶顯示器。第四十九頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六OLED（有機電致發(fā)光二極管）采用的二極管會自行發(fā)光，因此不需要背面光源，將有可能使將電路印刷在塑料一類的彈性材料上制成能像百葉窗一樣卷起、攤開的計算機屏幕變?yōu)楝F(xiàn)實?，F(xiàn)在遇到的難題是色彩逼真度問題。第五十頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六第五十一頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六PDP(等離子顯示屏)同樣超輕、超薄、廣視角、高清晰度、能經(jīng)受嚴格高低溫循環(huán)、溫度沖擊、機械振動沖擊，并且壽命長、有存儲特性及雙穩(wěn)態(tài)特性、便于數(shù)字化處理、環(huán)境性能好，特殊設計制造的PDP還可以實現(xiàn)抗核輻射等特性。第五十二頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六PDP的優(yōu)點1.PDP顯示屏的體積更小、重量更輕，而且無X射線輻射。2.由于PDP各個發(fā)光單元的結構完全相同，因此不會出現(xiàn)顯像管常風的圖像的幾何變形。3.PDP屏幕亮度非常均勻--沒有亮區(qū)和暗區(qū)；而傳統(tǒng)顯像管的亮度--屏幕中心總是比四周亮度要高一些。4.PDP不會受磁場的影響，具有更好的環(huán)境適應能力。5.PDP屏幕不存在聚焦的問題，因此，顯像管某些區(qū)域因聚焦不良或年月已久開始散焦的問題得以解決，不會產(chǎn)生顯像管的色彩漂移現(xiàn)象。

第五十三頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六6.表面平直使大屏幕邊角處的失真和色純度變化得到徹底改善。高亮度、大視角、全彩色和高對比度，使PDP圖像更加清晰，色彩更加鮮艷，效果更加理想，令傳統(tǒng)電視嘆為觀止。二、與LCD液晶顯示屏相比：PDP顯示亮度高，屏幕亮度高達150LUX，因此可以在明亮的環(huán)境之下欣賞大來畫面的視訊節(jié)目。色彩還原性好，灰度豐富，能提供格外亮麗、均勻平滑的畫面。PDP視野開闊，PDP的視角高達160度，普通電視機在大于160度的地方觀看時畫面已嚴重失真，而液晶顯示屏視角只有40度左右，更是無法與PDP的效果比擬。對迅速變化的畫面響應速度快。此外，PDP平而薄的外型也使其優(yōu)勢更加明顯。第五十四頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六PDP的缺點1.若是在明亮環(huán)境之中觀賞時，亮度對比略遜于液晶顯示器一籌。2.在長時間顯示靜止畫面的情況下，畫面切換時易生殘影。3.本身相當耗電，而且顯示時易生高熱，必須考慮散熱問題。4.由于材料與結構性限制，讓等離子顯示器不能往20吋以下的小尺寸發(fā)展，乃為市場競爭上的最大弱點第五十五頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六作業(yè)P95:1,2,4,7,8,9第五十六頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六2.5

玻璃和陶瓷2.5.1晶態(tài)材料與非晶態(tài)材料的異同

對于非晶態(tài)材料（1）只有玻璃轉(zhuǎn)化溫度，無熔點。（2）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)。（3）物理性質(zhì)各向同性。（4）均勻性來源于原子無序分布的統(tǒng)計性規(guī)律，無晶界。TbTfTg

V(dm3)12氣體液體晶體非晶體第五十七頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六非晶體的微觀特征

（a）長程無序無平移對稱性。

可以分為:位置上排列無序——位置無序,也稱幾何無序，拓撲無序；不同組分無規(guī)則地隨機分布，——成分無序，也稱化學無序。第五十八頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六（b）短程有序每個粒子的近鄰粒子的排列具有一定的規(guī)則性，較好地保留了相應的晶態(tài)材料中的配位狀況，即具有一定結構的單元，包括確定配位數(shù)，鍵長，鍵角等。第五十九頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六

非晶體區(qū)別于晶體的X射線衍射的衍射效應：衍射為彌散的暈寬化的衍射帶但不同于微晶的寬化衍射第六十頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六2.5.2玻璃

玻璃是高溫下熔融，冷卻過程中粘度逐漸增大、不析晶、室溫下保持熔體結構的非晶固體。

1.結構特點：玻璃的內(nèi)部結構無長程周期性，像液體一樣，因此可以看作是過冷液體。第六十一頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六無規(guī)則網(wǎng)絡學說：1932年Zachariasen提出，1936年被Wanen以X射線衍射工作所支持。理論認為：玻璃的結構中包含許多小的結構單位（如由中心的硅和四角的4個氧通過共價鍵結合而成的SiO44-四面體），這些小結構單位彼此之間可以鍵合成鏈狀，或由其它金屬離子沿頂角鍵合，聯(lián)結成很不規(guī)則的三維網(wǎng)絡。第六十二頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六晶子學說：認為玻璃由無數(shù)“晶子”組成，帶有點陣變形的有序排列區(qū)域，分散在無定形介質(zhì)中，晶子區(qū)到無定形區(qū)無明顯界限。理論上，這種大小的一粒孤立晶體肯定是不穩(wěn)定的，因為它有相對極高的表面能。為減小有序區(qū)和無序區(qū)的表面能也需假定存在特定形式的網(wǎng)格結構。第六十三頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六2.特性：

自然界的二氧化硅是以非玻璃質(zhì)的晶體狀態(tài)存在的（砂石、石英砂）。晶態(tài)二氧化硅經(jīng)過加熱重新冷卻則很容易形成玻璃。它具有許多不同于晶體的特性，與非晶態(tài)材料特性類似：沒有固定的熔點、各向同性、內(nèi)能高、沒有晶界、無固定形態(tài)、性能可設計性等。第六十四頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六3.結構與性質(zhì)的關系

玻璃的性質(zhì)有兩個最大的特點，即透明和易碎。

透明：過冷的液體

易碎：結構內(nèi)部缺少能發(fā)生滑動的平面第六十五頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六4.分類及應用

重要的玻璃體有四大類：氧化物玻璃(石英和硅酸鹽玻璃)、金屬玻璃、非晶態(tài)半導體和高分子化合物。(1)氧化物玻璃：主要有SiO2、B2O3、GeO2和P2O5，處于周期表的一定區(qū)域，電負性居中的元素的氧化物。往往是離子型與共價型的混合，形成三維多聚結構。第六十六頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六玻璃中主要構成：玻璃形成體：SiO2、B2O3等具有較高鍵強的氧化物稱為玻璃形成體；中間體：PbO2或Al2O3等具有中等鍵強的氧化物稱為中間體氧化物；改性劑：有較低鍵能的氧化物為玻璃改性劑，例如堿金屬和堿土金屬氧化物。第六十七頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六玻璃形成體：B,Si,Ge,P,V,As,Sb;玻璃中間體：Ti,Zn,Pb,Al,Be,Zr,Cd;玻璃改性劑：La,Y,Sn,Ga,In,Pb,Mg,Ca,Ba,Sr,Na,K,Cs.第六十八頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六兩類主要的氧化物玻璃體系玻璃態(tài)SiO2和硅酸鹽玻璃：第六十九頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六二元硅酸鹽玻璃是指SiO2與另一種氧化物在一起，其結構和性質(zhì)在極大程度上取決于第二種氧化物的本性。改性劑加得越來越多時便會逐漸地打破氧化硅的網(wǎng)絡結構。改性的熔體與熔融SiO2相比有較低的黏度。第七十頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六二氧化物對氧化硅的比值增大到1：2，如Na2Si2O5。陽離子如Na+分布不是完全無序，可以簇合在一起。二氧化物與氧化硅的比值達到1：1時，氧化硅網(wǎng)格結構就更多地打開，熔體很難冷卻為玻璃態(tài)。第七十一頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六玻璃態(tài)B2O3和硼酸鹽玻璃水溶性的硼酸鹽玻璃體中含有BO3三角形單元和BO4四面體的混合物，交替的硼原子和氧原子組成平面狀六元環(huán)，并通過成橋氧原子連接起來成為三維網(wǎng)格結構。向玻璃態(tài)B2O3中加入堿金屬氧化物所產(chǎn)生氧化硼反?，F(xiàn)象：如熔體隨著氧化鈉含量的增大而黏度增大；熱膨脹系數(shù)隨Na2O含量的增大而變小。常在16%的比例附近出現(xiàn)性質(zhì)的極大、極小值。第七十二頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六（2）金屬玻璃

金屬玻璃是非晶態(tài)固體的重要研究與應用領域之一。形成條件：材料的非晶態(tài)形成能力；足夠快的冷卻速率。一般金屬而言，合金比純金屬更容易形成玻璃體，過渡金屬與類金屬合金較容易形成玻璃體。純金屬形成玻璃體需要的冷卻速率往往高達1010℃／s。第七十三頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六與傳統(tǒng)的晶態(tài)金屬相比，金屬玻璃具有許多奇異的特點，例如：比普通金屬具有更高的強度；比普通金屬具有更強的耐化學侵蝕能力；極好的軟磁特性等。金屬玻璃已經(jīng)在開關型電源、漏電開關、磁頭、磁分離等方面得到應用，并且，在磁屏蔽、聲表波器件、電流互感器、張力傳感器、釬焊不銹鋼和耐熱合金部件的焊料、熱敏磁性材料、磁光盤材料等方面都已接近或達到了實際應用階段。第七十四頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六（3）半導體玻璃

半導體玻璃又稱為非晶態(tài)半導體，是非晶態(tài)功能材料的一個相當活躍的領域。如非晶態(tài)硒和非晶態(tài)硅的研究已日趨成熟，并形成產(chǎn)業(yè)。非晶態(tài)α—Si:H太陽能電池是人們最為關注的非晶材料；靜電復印技術就是利用了非晶態(tài)硒的奇特的光電特性。半導體玻璃廣泛地應用于其他光敏器件、發(fā)光器件、場效應器件、熱敏器件、電子開關與光盤等方面。第七十五頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六（4）特種玻璃

特種玻璃有很多，如SiO2含量>85%

或<55%的硅酸鹽玻璃、非硅酸鹽玻璃（如硼酸鹽、磷酸鹽、鋁酸鹽等）、非氧化物玻璃（如鹵化物、氮化物、硫化物、金屬玻璃）等。特種玻璃是光電子技術應用的基礎材料之一，在激光、光纖通訊、集成電路以及其它許多領域都要用到特種玻璃。第七十六頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六磷酸鹽玻璃通常比硅酸鹽玻璃具有更低的玻璃轉(zhuǎn)變溫度和更大的熱膨脹系數(shù)，因而成為一些玻璃-金屬的封接材料。磷酸鹽玻璃也可以作為激光基質(zhì)材料、固態(tài)離子導體、隔熱玻璃、抗氫氟酸玻璃和核研究中定量測定傷害性輻射的劑量計玻璃等。第七十七頁，共八十四頁，編輯于2023年，星期六紅外玻璃是在一定的紅外波段有高透光率的玻璃