非晶材料的制备ppt课件.ppt

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1、第一节第一节 非晶材料的基本概念和基本性质非晶材料的基本概念和基本性质1.1.有序态与无序态有序态与无序态有序态：原子规则地周期性排列；有序态：原子规则地周期性排列； 晶体（单晶、多晶）晶体（单晶、多晶）2.2.无序态：原子无规则排列；无序态：原子无规则排列；气体、液体、非晶固体气体、液体、非晶固体3.3.凝聚态：液体、非晶固体、晶体凝聚态：液体、非晶固体、晶体2. 长程有序和短程有序长程有序和短程有序晶体：长程有序、短程无序；晶体：长程有序、短程无序；非晶体：长程无序，短程有序；非晶体：长程无序，短程有序；3.单晶、多晶、微晶和非晶单晶、多晶、微晶和非晶晶格排列整齐状况晶格排列整齐状况单晶单

2、晶多晶多晶微晶微晶非晶非晶 非晶材料基本概念4.4.非晶态基本定义非晶态基本定义1 1）定义定义：组成物质的原子、分子的空间排列：组成物质的原子、分子的空间排列不呈周期性和平移对称性，晶格的长程有序不呈周期性和平移对称性，晶格的长程有序收到破坏，只有由于原子间相互关联作用，收到破坏，只有由于原子间相互关联作用，使其在小于几个原子间距地小区间内（使其在小于几个原子间距地小区间内（1-1.5 1-1.5 nmnm），仍然保持形貌和组分地某些有序特征），仍然保持形貌和组分地某些有序特征而具有短程有序，这一类物质称为非晶态而具有短程有序，这一类物质称为非晶态非晶态结构特征 非晶材料的分类 2.2.非晶

3、半导体非晶半导体1 1）四面体配位半导体：）四面体配位半导体：Si Si、GeGe；2 2）硫系非晶半导体）硫系非晶半导体3.3.非晶态超导体：非晶态超导体：4.4.非晶态高分子材料非晶态高分子材料5.5.非晶体玻璃非晶体玻璃非晶态特性1.1.力学行为力学行为：高强度、高韧性：高强度、高韧性2.2.化学性质化学性质：耐腐蚀：耐腐蚀3.3.软磁特性软磁特性：磁导率和饱和磁感应强度高、矫完力：磁导率和饱和磁感应强度高、矫完力低、损耗低低、损耗低4.4.超导特性超导特性5.5.光学性质：光学性质：光吸收：位置移动光吸收：位置移动光电导：光电导：光致发射光致发射6.6.其它性质其它性质：电阻率高、负的

4、电阻系数：电阻率高、负的电阻系数 莫特莫特（Nevill Francis Mott, 1905-） 第二节 非晶材料的形成理论动力学理论1.1.成核速率成核速率HEVHVVVVSVHEVrmmmrmrrrVHVIIIfTTNAIakTTTTTTTTTTTkTGTTNI00)(229. 1exp)3/(2 . 0/ )(/,/60229. 1exp32030*320NV：单位体积分子数；：单位体积分子数；Tm：熔点；：熔点；A0：分子直径；：分子直径；：粘度：粘度2.2.晶体生长速率：晶体生长速率：分子熔化热fMrfMHRTTHafexp(1 03.3.形成非晶体需要的冷却速度：形成非晶体需要的

5、冷却速度：时间Tm温度液体开始结束结晶玻璃非晶形成条件1 1）晶核形成的热力学势垒）晶核形成的热力学势垒 G G要大，液体中不存在成核介质；要大，液体中不存在成核介质；2 2）结晶的动力学势垒要大，物质在）结晶的动力学势垒要大，物质在T Tmm或液相温度处粘度要或液相温度处粘度要大；大；3 3）在粘度与温度关系相似的条件下，）在粘度与温度关系相似的条件下，T Tmm或液相温度要低；或液相温度要低；4 4）原子要实现较大的重新分配，达到共晶点附近的组成。）原子要实现较大的重新分配，达到共晶点附近的组成。结构化学理论1.1.键性键性：离子键：静电作用，无饱和性、方向性、倾离子键：静电作用，无饱和性

6、、方向性、倾向于紧密堆积，易形成晶体；向于紧密堆积，易形成晶体；共价键：有方向性和饱和性，键长和键角不共价键：有方向性和饱和性，键长和键角不易改变，原子不易扩散，有阻碍结晶的作易改变，原子不易扩散，有阻碍结晶的作用。用。分子间作用力：分子间作用力：2.2.键强键强三个参量：三个参量：1 1）离解能：化学键断裂需要的能量；）离解能：化学键断裂需要的能量；2 2）平均键能：所有化学建平均键能之和；）平均键能：所有化学建平均键能之和；3 3）力常数：化学键对其键长变化的阻力；）力常数：化学键对其键长变化的阻力；力常数大，离解能也大，易于形成玻璃力常数大，离解能也大，易于形成玻璃3.3.几何结构：几何

7、结构：1 1）T Tg g附近，有大分子存在，粘度大、扩散系数小、软化点和沸点相差大，温度附近，有大分子存在，粘度大、扩散系数小、软化点和沸点相差大，温度下降，易于形成玻璃；下降，易于形成玻璃；2 2）某些低分子化合物有氢键作用，易于形成缔合结构；）某些低分子化合物有氢键作用，易于形成缔合结构；3 3）大分子结构是形成玻璃的一个重要条件；）大分子结构是形成玻璃的一个重要条件；根据半径与电负性关系根据半径与电负性关系1 1）半径大于）半径大于0.15nm0.15nm原子组成的氧化物不能形成玻璃；原子组成的氧化物不能形成玻璃；2 2）半径小于）半径小于0.13nm0.13nm，电负性介于，电负性介

8、于1.8-2.11.8-2.1的原子组成的氧化物即为玻璃的原子组成的氧化物即为玻璃形成体，其结构具有扩展的形成体，其结构具有扩展的AOAO4 4 四面体网络结构或者四面体网络结构或者AOAO3 3 层状结构；层状结构；共价键方式结合；共价键方式结合；3 3）电负性介于）电负性介于1.8-2.11.8-2.1，原子半径稍大一些，采用特殊方法，也可形成，原子半径稍大一些，采用特殊方法，也可形成玻璃；玻璃；4 4）电负性小于）电负性小于1.81.8的原子组成的氧化物不能形成玻璃，但是非玻璃氧化的原子组成的氧化物不能形成玻璃，但是非玻璃氧化物与其它一些非玻璃氧化物组成的二元或三元体系却照例形成玻璃物与

9、其它一些非玻璃氧化物组成的二元或三元体系却照例形成玻璃（铝酸盐、镓酸盐）（铝酸盐、镓酸盐）5 5）阳离子电负性大于）阳离子电负性大于2.12.1的氧化物不能形成玻璃；例外：硒化物、硫化的氧化物不能形成玻璃；例外：硒化物、硫化物、碳化物、氮化物物、碳化物、氮化物非晶态形成和稳定性理论1.1.热力学热力学 非晶体结构模型 拓扑无序模型：拓扑无序模型：基于原子排列的混乱合随机性。原子的相基于原子排列的混乱合随机性。原子的相对位置是随机无序排列的，无论是原子间距和各对原子连对位置是随机无序排列的，无论是原子间距和各对原子连线之间的夹角都没有明显的规律性；线之间的夹角都没有明显的规律性；主要有主要有2 2种堆积形式：无序密堆模型和随机网络模型。种堆积形式：无序密堆模型和随机网络模型。