Стеклообразное состояние
Стеклообразное состояние (структурные стёкла) — аморфное состояние вещества, формирующееся при затвердевании переохлаждённого расплава. Обратимость перехода из стеклообразного состояния в расплав и из расплава в стеклообразное состояние (стеклование) является особенностью, которая отличает стеклообразное состояние от других аморфных состояний. Постепенное возрастание вязкости расплава препятствует кристаллизации вещества, то есть переходу к термодинамически более устойчивому кристаллическому состоянию с меньшей свободной энергией. Процесс стеклования характеризуется температурным интервалом. Переход вещества из стеклообразного состояния в кристаллическое является фазовым переходом 1-го рода.
В стеклообразном состоянии может находиться значит, число простых веществ (S, Se, As, Р), окислов (В2О3, SiО2, GeО2, As2О3, Sb2О3, FeО2, Р2О5), водных растворов (H2О2, H2SО4, H3PО4, HClО4, H2SeO4, H2CrO4, NH4OH, КОН, НС1, LiCl), халькогенидов ряда элементов (As, Ge, P), некоторых галогенидов и карбонатов. Многие из этих веществ составляют основу более сложных по составу стёкол. Среди однокомпонентных стёкол наибольшее, практическое значение имеет оксид SiО2, отличающийся жаропрочностью, химической устойчивостью, стойкостью к перепадам температуры. Однако технология его изготовления сложна и необходимая температуpa высока. Чтобы снизить её и придать стеклу нужные свойства, к SiО2 добавляют другие оксиды, прежде всего щелочные и щёлочноземельные. При этом температуpa нагрева снижается на 200—300°С. Роль таких добавок (модификаторов) в том, что они «разрыхляют» сетку химических связей в SiО2.
Вещество в стеклообразном состоянии представляет собой твердотельную систему атомов и атомных групп, преимущественно с ковалентной связью между ними. Дифракционные методы исследования (рентгеновский структурный анализ, электронография, нейтронография структурная) позволяют определить упорядоченность в расположении соседних атомов. По угловой зависимости интенсивности рассеяния строят кривые радиального распределения атомов. Расстояния между максимумами этой кривой соответствуют межатомным расстояниям, а площадь, ограниченная максимумами, даёт информацию о среднем числе атомов, находящихся на соответствующем расстоянии от данного.
Стёкла, как правило, изотропны, хрупки, имеют раковистый излом при сколе. По оптическим свойствам обычно прозрачны (для видимых, ИК- УФ-, рентгеновского и γ излучения). Локальные механические напряжения и неоднородность структуры стекла часто обусловливают двойное лучепреломление. Практически все стёкла слабо люминесцируют. Для усиления этого эффекта в них добавляют активаторы — редкоземельные элементы, уран и др. Используя вспомогательное возбуждение большой мощности (накачку) и подобранные активаторы, получают активную среду для генерации мощного когерентного излучения. Стёкла, как правило, диамагнитны, примеси окислов редкоземельных металлов делают их парамагнитными. Из некоторых стёкол специального состава получают ситаллы (материалы, состоящие из одной или нескольких кристаллических фаз, равномерно распределённых в стеклообразной фазе). По электрическим свойствам большинство стёкол — диэлектрики (силикатные стёкла), но есть и полупроводники и металлы (смотри
Аморфные металлы).
Понятие стеклообразное состояние обобщается на конденсированные системы, в которых отсутствует пространственное упорядочение не в расположении атомов, а в ориентации спинов и спиновой плотности (спиновые стёкла), в ориентации и распределении электрических дипольных и квадрупольных моментов и т.п.
|