第二章 晶态和非晶态材料的特性

1、晶态和非晶态材料的特性,第二章,1,第二章 非整比化合物材料与亚稳态材料,2.1 晶体结构和晶体的性质,2.2 非整比化合物材料,2.3 液晶材料,2.4 亚稳态材料,2.5 玻璃和陶瓷,2,2.1 晶体结构和晶体的性质,一、晶体特征,二、晶体点群和晶体的物理性质,3,2.3.3 Structure & physical performance of crystal materials,（1）均匀性,（2）各向异性,（3）自范性,（4）晶体具有明显确定的熔点,（5）晶体的对称性,（6）晶体对X射线的衍射,一、晶体特征,4,（1）均匀性,整个晶体是由晶胞并置堆砌而成,所以晶体必然表现为各部分性状

2、相同的物体，例如有着相同的密度，化学组成,非晶体的各种性质均具有均匀性, 但与晶体的均匀性的起源并不相同, 前者是等同晶胞在空间按同一方式重复排列的结果, 而后者则是质点的杂乱无章排列所致. 所以二者有实质不同的均匀性。,5,(1),（2）各向异性,晶体的导热、导电、光的透射、折射、偏振、压电性、硬度等性质常因晶体取向不同而异，叫做各向异性。,如石墨在与层平行的方向上具有导电性，而在与层垂直的方向上就不具有导电性。,如：从不同方向观察红宝石或蓝宝石，会发现宝石的颜色不同，这是由于方向不同，晶体对光的吸收性质不同。,6,晶体的各向异性是由其内部质点的有序排列，即晶体内部原子的周期性排列所决定的,

3、7,（3）自范性,F+V=E+2 其中，F-晶面，V-顶点，E-晶棱,在适当的条件下, 晶体能自发的长出由晶面、晶棱、晶顶等几何元素围成的凸多面体外形, 这种性质就称为晶体的自范性. 凸多面体的晶面数（F）、晶棱数（E）、和顶点数（V）相互之间的关系符合公式,8,晶面夹角守恒定律:,尽管同一种晶体其外形可能不同，但相应的两晶面之间的夹角总是不变的，这称为晶面夹角守恒定律。,丹麦化学家斯单诺在玩水晶时，不小心把水晶打烂了，当他很心痛地弯腰捡起打碎了的水晶时，惊奇地发现，破碎了的水晶碎片都是一样的，具有固定的角度，这就是著名的晶面角守恒定理。,9,（4）晶体具有明显确定的熔点,晶体与非晶体的加热时

4、间-温度（即t-T）曲线上,晶体具有固定的熔点, 反映在加热时间-温度曲线上出现平台, 而非晶体没有固定的熔点, 反映在曲线上不会出现平台.,10,11,12,（5）晶体的对称性,13,（6）晶体对X射线的衍射,内部结构在空间排列的周期性（等距性）使得晶体可作为 X 射线衍射的天然光栅, 而晶体外形的对称性又使得衍射线（点）的分布具有特定的对称性. 这是 X 射线衍射测定晶体结构的基础和依据.,14,Comparison,Comparison,Curve of X-ray Diffraction,15,非晶体的宏观特征 （1）只有玻璃转化温度，无熔点。 （2）没有规则的多面体几何外型，可以制成

5、 玻璃体，丝，薄膜等特殊形态。 （3）物理性质各向同性。 （4）均匀性来源于原子无序分布的统计性规 律，无晶界。,16,7/11/2020 7:14:25 AM,17,2.2.2 Transformation,Transformation,J,？,17,晶态与非晶态之间的转变,非晶态所属的状态属于热力学亚稳态，所以非晶态固体总有向晶态转化的趋势，即非晶态固体在一定温度下会自发地结晶，转化到稳定性更高的晶体状态。 通常呈晶体的物质如果将它从液态快速冷却下来也可能得到非晶态。,如把水晶的结晶溶化，再使它冷却，可得非晶体的石英玻璃。而非晶体的玻璃，经过相当长的时间后，在它里面生成了微小的晶体，形成透

6、明性减弱的模糊斑点。这说明晶体转化为非晶体需要一定的条件，而非晶体经过一定时间会自动变成晶体。,18,1、晶体学点群的分类,2、晶体的点群和晶体的物理性质,二、晶体点群和晶体的物理性质,19,一、晶体学点群的分类,32个晶 体学点 群的分 类,非中心对称的点群,中心对称的点群 （Laue）点群,纯旋转操作点群,非纯旋转点群,循环群,双面群,立方群,11个,21个,尽管自然界中晶体的外形是多种多样变化无穷的，而就其对称性来看却并不超出32种点群代表的宏观对称类型。由于晶体的物理性质由晶体对称性决定，而且也只决定于它的点群的对称性，所以对晶体学点群的研究十分重要。,20,循环群,双面群,循环群,循

7、环群,循环群,循环群,循环群,双面群,双面群,双面群,双面群,立方群,立方群,立方群,21,二、晶体的点群和晶体的物理性质,晶体的点群是它的任意一种物理性质对称群的子群。,22,根据这种关系可以从晶体的物理性质推引出有关晶体对称性的信息；也可以从对称性寻找具有某种物理性能的材料,23,当压电材料受到外力作用时，其表面将产生电荷，将机械能转变成电能。,压电效应,利用压电材料可以制成力敏元件，用来测量力和能转变成力的各种物理量,压电性：要求晶体的对称性为:没有对称中心,晶体的物理性质,24,热电效应，是当受热物体中的电子(空穴)，随着温度梯度由高温区往低温区移动时，所产生电流或电荷堆积的一种现象。

8、,热电效应,美国旧金山大学的一位科学家在英国自然杂志上报告说，他从鲨鱼鼻子的皮肤小孔里提取了一种与普通明胶相似的胶体，能把海水温度的变化转换成电信号，传送给神经细胞，使鲨鱼能够感知0.001摄氏度的温度变化，从而准确地找到食物科学家猜测，其他动物体内也可能存在类似的胶体.这种因温差而产生电流的性质与半导体材料的热电效应类似,生物热电效应,热电体的主要作用是将热辐射转变为电信号。,25,铁电效应,所谓铁电材料，是指材料的晶体结构在不加外电场时就具有自发极化现象，其自发极化的方向能够被外加电场反转或重新定向。,铁电材料的这种特性被称为 “铁电效应”。,铁电现象是在一种名为钙钛矿的材料中发现的，而钙

9、钛矿材料的晶格点阵中的离子，是在某一方向上被分离成的正负离子，也就是在钙钛矿晶体内部产生了一个电耦极子。当给这种晶体加上一个电压时，这些耦极子就会在电场作用下排列。改变电压的方向，可使耦极子的方向反转。耦极子的这种可换向性，意味着它们可以在记忆芯片上表示一个“信息单元”。而且，即使在电压断开时，这些耦极子也会保持在原来的位置，使铁电存储器不用电就能保存数据。,目前，铁电效应已在低容量的铁电存储器芯片中得到应用。,26,晶体的力学性能,晶体的力学性能重要决定于晶体内部原子间的结合力，但与晶体对称性没有直接关系。,改进的Mohs硬度标度和相应的材料,27,2.2 非整比化合物材料,晶体中出现空位或

10、填隙原子，使化合物的成分偏离整比性，该化合物被称为非整比化合物，是指它的组成中各类原子的相对数目不能用几个小的整数比表示的化合物。,非整比化合物生成的情况，以及在不同方面的应用可以有以下几种情况：,28,一氧化钛的化学组成变化范围很宽，可以从TiO0.82 到TiO1.18。将整比的TiO在高于或低于整比TiO的分解压的各种不同的氧分压下加热，既可以在空位中加入过量的氧，也可以脱去部分的氧形成过量的钛。氧的数量不同，钛的价态不同，电导性质不同。,1. 某种原子过多或短缺,半导体材料应用,29,2. 层间嵌入某些离子、原子或分子,而以Ni部分地取代LiCoO2中的Co，制成的非整比化合物晶体Li

11、NixCo1-xO2兼备了Co系、Ni系材料的优点,充电电池材料应用,30,3. 晶体中吸收了某些小原子,氢可以和许多过渡金属形成可变组成的间隙型氢化物，例如PdHx、LaNi5Hx、FeTiHx等。由于这些金属氢化物可以可逆地分解，从而得到金属和氢气，因此是很好的储氢材料，它们的储氢量往往可以超过相同体积的液态氢。,储氢材料,31,2.4 液晶材料,目前作为一种新型的显示材料，与集成电路一起在图像显示技术上开创了新的方法，在电光学、热化学、分子光谱等许多领域中有广泛的用途。,32,液晶属于晶体?非晶体?,根据固体物质的组成原子(分子、离子)在空间排列是否长程有序，可将固体物质分为晶态和非晶态

12、。,液晶像晶体的液体,第四态,33,液晶的发现,1888年奥地利的植物学家FReinitzer在作加热胆甾醇的苯甲酸脂实验时发现，当加热使温度升高到一定程度后，结晶的固体开始溶化，先生成一种呈混浊态的粘稠液体，并发出多彩而美丽的珍珠光泽。当再进一步升温后，才变成透明的液体。这种混浊态粘稠的液体是什么呢？,34,FReinitzer把这种粘稠而混浊的液体放到偏光显微镜下观察，发现这种液体具有双折射性。,后来,德国物理学家Otto Leimann把处于“中间地带”的浑浊液体叫做液晶，简称为“LC”(liquid crystal)。在这以后用它制成的液晶显示器件被称为LCD。液晶好比是既不象马,又不

13、象驴的骡子,所以有人称它为“有机界的骡子”.,35,结晶状的固体,各向同性的液体,中间相,圆球状 位置有序，方向无序 晶格排列，不具流动性,长条状、圆盘状 位置无序，方向有序 有流动性,塑晶像液体的固体,液晶像晶体的液体,36,液晶（ LC：Liquid Crystal ）,液晶（液态晶体的简称）,像晶体的液体叫液晶,液晶态：是一种介于液体和晶体之间的中间态，也有人称其为物质的第四态。,液晶是一种同时具备液体的流动性和晶体的规则排列特性的物质。既有液体的流动性、粘度、形变等机械性质，又有晶体的热、光、电、磁等物理性质。,37,1888年，奥地利植物学家莱尼茨尔（F.Reinitzer）首先发现

14、了液晶,1968年，美国RCA公司海麦尔（G.H.Heilmeier）首先发现了液晶的电光效应,1973年日本SHARP公司制造出世界上第一个液晶显示器件（LCD： Liquid Crystal Device）,38,小分子液晶:用于液晶显示器,高分子液晶: 高强度纤维，用于防弹衣，高功能塑料等。,液晶的类型（按相对分子质量大小分）,39,有液晶态的化合物条件：形状呈棒状，长约数纳米，分子的长度约为宽度的48倍，分子量为200500 gmol-1的有机化合物才具有液晶态。,现已发现的有液晶特性的物质（主要是一些有机化合物）有六七千种。,并非所有化合物都有液晶态,40,（1）热致液晶,（2）溶致

15、液晶,热致性液晶是依靠温度的变化，在某一温度范围形成液晶态物质。,将某些物质溶于水或有机溶剂中显示出液晶态,溶致液晶广泛存在于自然界，特别是生物体内。 很多生物体的构造，例如大脑、神经、肌肉、血液等生命的新陈代谢、知觉、信息传递等生命现象都与溶致液晶有关,热致性液晶,溶致性液晶,液晶的类型（按成因分）,作为显示技术应用的液晶都是热致液晶。,流致性液晶,压致性液晶,41,除了这两类液晶物质外，人们还发现了在外力 场（压力、流动场、电场、磁场和光场等）作用下可形成液晶。 例如聚乙烯在某一压力下可出现液晶态，是一种压致性液晶。 聚对苯二甲酰对氨基苯甲酰肼在施加流动场后可呈现液晶态，因此属于流致性液晶

16、。,（4）流致性液晶,（3）压致性液晶,42,根据分子排列的形式和有序性的不同，热致性液晶有三种结构类型：近晶型、向列型和胆甾型。（见图）。,近晶型 向列型 胆甾型,热致性液晶：,43,在这类液晶中，液晶分子呈二维有序性：棒状分子互相平行排列成层状，分子的长轴垂直于层状平面。分子可在本层内运动，但不能来往于各层之间。因此，层状结构之间可以相互滑移，而垂直于层片方向的流动却很困难。,近晶型液晶相,近晶型液晶是所有液晶中最接近结晶结构的一类，因此得名。,近晶型液晶的粘度与表面张力都较大，对外界磁场、温度变化不敏感。,44,液晶分子只有一维有序：分子长轴彼此平行但分子重心分布无序、不分层，分子可以自

17、由流动，分子在空间排列成线状，始终平行某一方向 向列型液晶流动性最大；对外界电磁、温度、应力变化都很敏感，（目前显示器中应用最多的液晶材料）,向列型液晶相,45,液晶分子排列成层，每层分子长轴方向相同，且平行于层，但每层长轴方向转动变化，多层扭转成螺旋形 胆甾型液晶通常具有彩虹般的漂亮颜色，并有极高的旋光能力。,胆甾型液晶相,在属于胆甾型液晶的物质中，有许多是胆甾醇的衍生物，因此得名。,46,现在发现，除了长棒型结构的液晶分子外，还有一类液晶是由刚性部分呈盘型的分子形成。在形成的液晶中多个盘型结构叠在一起，形成柱状结构。,盘型液晶,分子排列呈圆盘状 没有电各向异性 有光学各向异性,47,在电的

18、作用下，液晶分子的初始排列发生改变，从而使液晶的光学性质发生变化的现象,液晶的电光效应,微小的外部能量电场、磁场、应力、热能等就能实现液晶分子状态间的转变，从而引起液晶的光、电、磁等物理性质的各向异性的改变,液晶的各向异性,液晶的应用物理性质,48,液晶显示器,LCD的结构：将液晶夹在有导电能力的玻璃平板间，在两玻璃板间施加电压，利用电压控制液晶分子的排列方式，进而控制背光灯管所发出之光的透射程度，利用这种原理设计的显示器，叫液晶显示器（LCD）。,这种液态光电显示材料，利用液晶的电光效应把电信号转换成字符、图像等可见信号。,49,液晶显示器为什么能够成像呢？,液晶在正常情况下,其分子排列很有

19、秩序,显得清澈透明,一旦加上直流电场后,分子的排列被打乱,进而控制背光灯管所发出之光的透射程度，因而能显示图象.,在液晶显示器的屏幕上布满了发光点，每个发光点上有红、绿、蓝三种色素，透射光经三原色滤光片后，就可产生各种色彩了。,50,液晶显示器的优点：,相对CRT （Cathode Ray Tube）纯平显示器来说，液晶显示器天生有拥有以下绝对优势：,1、零辐射，低耗能，散热小。,LCD:通过扭转液晶像素中的液晶分子偏转角度实现画面还原。CRT：内部具有超高压元器件，由于高压导致的x射线超标。,LCD:机器结构电路简单，模块化以及芯片的高集成化足以把电路工作时候产生的电磁辐射降到最低，能耗也小

20、，散热也小。 CRT显示器：由于考虑到散热，不得以在屏蔽罩上钻孔导致辐射的泄露。,51,2、纤薄轻巧,正是液晶显示器的出现，才令手提电脑的发明成为可能。同样，桌式液晶显示器虽然在体积以及重量上要比手提电脑的都要大一些，但是，相对那又笨又重的CRT显示器来说就是小巫见大巫了。以15英寸的显示器比较，CRT显示器的深度一般接近50厘米，而大白鲨最新推出的液晶显示器NF-1500MA的深度却不到5厘米！,52,3、保护眼睛，强光线下清晰度高,液晶本身不发光，属于受光型显示器件，只是反射环境光，显示画面稳定而不闪烁，有利于长时间的使用电脑，且强光线下反射的图像反而更清晰。而CRT属于主动发光型显示器件

21、，萤光粉只在电子束轰击下才发光，即使以85HZ的频率轰击萤光粉，在长时间盯着荧屏仍然会因为萤光粉的闪烁而导致眼睛疲劳。,53,塑晶像液体的固体,一类具有塑性的固态晶体。其特殊宏观性质与形态起源于，在一定温度条件下，晶体内分子间的排列虽仍基本保持与三维点阵对应的周期性而得以维持晶体的基本特征，但基于其分子旋转势垒较低的特殊性，分子在平衡位置产生与旋转对应的取向无序的状态，从而使分子间较易产生滑动而导致晶体呈现一定塑性。,54,1984年，美国在市场上推出一种塑晶家庭取暖材料。它和液晶相似，有晶体的三维周期性，但力学性质象塑料。它能在恒定温度下通过塑晶分子构型发生固-固相变贮热、放热。塑晶在恒温4

22、4时，白天吸收太阳能而贮存热能，晚上则放出白天贮存的热能。另外将塑晶熔化到玻璃和有机纤维墙板中可用于贮热，将调整配比后的塑晶加入玻璃和纤维制成的墙板中，能制冷降温。我国对塑晶也开展了一些实验研究，但尚未实际应用。,塑晶贮热,55,2.4 亚稳态材料,一、 纳米晶材料,二、 非晶态材料,三、 准晶态材料,56,稳 态：体系自由能最低的平衡状态。 亚稳态：体系高于平衡态时自由能的状态的一种非平衡。 同一化学成分的材料，其亚稳态时的性能不同于平衡态时的性能，而且亚稳态可因形成条件的不同而呈多种形式，它们所表现的性能迥异，在很多情况下，亚稳态材料的某些性能会优于其处于平衡态时的性能，甚至出现特殊的性能

23、。因此，对材料亚稳态的研究不仅有理论上的意义，更具有重要的实用价值。,亚稳态材料,57,非平衡的亚稳态大致有以下几种类型： （1）细晶组织 当组织细小时，界面增多，自由能升高，故为亚稳状态。 （2）高密度晶体缺陷的存在 晶体缺陷使原子偏离平衡位置，晶体结构排列的规则性下降，故体系自由能增高。 （3）形成过饱和固溶体 即溶质原子在固溶体中的浓度超过平衡浓度，甚至在平衡状态是互不溶解的组元发生了相互溶解 。 （4）发生非平衡转变，生成具有与原先不同结构的亚稳新相 例如钢及合金中的马氏体、贝氏体，以及合金中的准晶态相 （5）由晶态转变为非晶态，由结构有序变为结构无序，自由能增高 。,58,一、 纳米

24、晶材料,纳米晶材料（纳米结构材料）是由（至少在一个方向上）尺寸为几个纳米的结构单元（主要是晶体）所构成。纳米晶材料是一种非平衡态的结构，其中存在大量的晶体缺陷。纳米材料也可由非晶物质组成。 由不同化学成分物相所组成的纳米晶材料，通常称为纳米复合材料。,59,纳米晶材料不仅具有高的强度和硬度，其塑性韧性也大大改善。纳米晶导电金属的电阻高于多晶材料，纳米半导体材料却具有高的电导率 ，米铁磁材料具有低的饱和磁化强度、高的磁化率和低的矫顽力 纳米材料的其他性能，如超导临界温度和临界电流的提高、特殊的光学性质、触媒催化作用等也是引人注目的。,纳米晶材料的性能,60,纳米晶材料的形成,纳米晶材料可由多种途

25、径形成，主要归纳于以下四方面。 （1）以非晶态（金属玻璃或溶胶）为起始相，使之在晶化过程中形成大量的晶核而生长成为纳米晶材料。 （2）对起始为通常粗晶的材料，通过强烈地塑性形变（如高能球磨、高速应变、爆炸成形等手段）或造成局域原子迁移（如高能粒子辐照、火花刻蚀等）使之产生高密度缺陷而致自由能升高，转变形成亚稳态纳米晶。 （3）通过蒸发、溅射等沉积途径，如物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）、电化学方法等生成纳米微粒然后固化，或在基底材料上形成纳米晶薄膜材料。 （4）沉淀反应方法，如溶胶一凝胶（sol-gel），热处理时效沉淀法等，析出纳米微粒。,61,二、 非晶态材料,非晶结构不同于

26、晶体结构，它既不能取一个晶胞为代表，且其周围环境也是变化的，故测定和描述非晶结构均属难题，只能统计性地表达之。 在非晶态合金中异类原子的分布也不是完全无序的，故实际上非晶合金仍具有一定程度的化学序。,62,非晶合金的性能,1力学性能 非晶合金的力学性能主要表现为高强度和高断裂韧性非晶合金的强度与组元类型有关，金属一类金属型的强度高（如Fe80B20非晶），而金属一金属型则低一些（如Cu50Zr50非晶）。非晶合金的塑性较低，在拉伸时小于l，但在压缩、弯曲时有较好塑性，压缩塑性可达40 ，非晶合金薄带弯达180o也不断裂。,63,2物理性能 非晶合金一般具有高的电阻率和小的电阻温度系数前非晶合金

27、最令人注目的是其优良的磁学性能，包括软磁性能和硬磁性能。此外，使非晶合金部分晶化后可获得1020nm尺度的极细晶粒，因而细化磁畴，产生更好的高频软磁性能。有些非晶合金具有很好的硬磁性能，其磁化强度、剩磁、矫顽力、磁能积都很高，例如 NdFeB非晶合金经部分晶化处理后（1450nm尺寸晶粒）达到目前永磁合金的最高磁能积值，是重要的永磁材料。,64,3化学性能 许多非晶态合金具有极佳的抗腐蚀性，这是由于其结构的均匀性，不存在晶界、位错、沉淀相。以及在凝固结晶过程产生的成分偏析等能导致局部电化学腐蚀的因素。,65,三、 准晶态材料,准晶的结构既不同于晶体、也不同于非晶态。准晶结构有多种形式，就目前所

28、知可分成下列几种类型： a一维准晶 这类准晶相常发生于二十面体相或十面体相与结晶相之间发生相互转变的中间状态，故属亚稳状态。 b二维准晶 它们是由准周期有序的原子层周期地堆垛而构成的，是将准晶态和晶态的结构特征结合在一起。 c二十面体准晶 可分为A和B两类。A类以含有54个原子的二十面体作为结构单元；B类则以含有137个原子的多面体为结构单元；A类二十面体多数是铝-过渡族元素化合物，而B族极少含有过渡族元素。,准晶的结构,66,五次对称性和准晶相的发现对传统晶体学产生了强烈的冲击，它为物质微观结构的研究增添了新的内容，为新材料的发展开拓了新领域。,67,准晶的形成,准晶的形成过程包括形核和生长

29、两个过程，故采用快冷法时其冷速要确当控制，冷速过慢则不能抑制结晶过程而会形成结晶相；冷速过大则准晶的形核生长也被抑制而形成非晶态。此外，其形成条件还与合金成分、晶体结构类型等多种因素有关，并非所有的合金都能形成准晶，这方面的规律还有待进一步探索和掌握。,68,准晶的性能,到目前为止，人们尚难以制成大块的准晶态材料，最大的也只是几个毫米直径，故对准晶的研究多集中在其结构方面，对性能的研究测试甚少报道。但从已获得的准晶都很脆的特点，作为结构材料使用尚无前景。 准晶的密度低于其晶态时的密度，这是由于其原子排列的规则性不及晶态严密，但其密度高于非晶态，说明其准周期性排列仍是较密集的。准晶的比热容比晶态

30、大，准晶合金的电阻率甚高而电阻温度系数则甚小, 其电阻随温度的变化规律也各不相同。,69,2.5 玻璃和陶瓷,70,陶瓷是无机质材料。虽然也有玻璃那样的非晶质，但大部分是结晶质。,玻璃是非晶态物质,71,玻璃：一种较为透明的固体物质，在熔融时形成连续网络结构，冷却过程中粘度逐渐增大并硬化而基本上不结晶的无机非晶态固体材料。,主要成分：SiO2,化学成份比较复杂,72,公认的：无规则网络学说,结构特点,石英玻璃网络结构示意图,结构单元都是SiO44-四面体，即一个Si原子被四个O原子所包围，这种四面体互相联结,或由其他金属离子沿顶角键合构成不规则的三维空间网络，缺乏长程有序性。,73,无固定熔点

31、，无固定形态：玻璃在一定温度范围内逐渐变软。在软化状态，可被吹制加工成各种不同的外形。,在x射线衍射中表现为非晶态,特性,熔融态的玻璃向固态玻璃体的转变，是在相当宽的温度范围内逐渐完成的，随着温度的下降，玻璃熔融体愈变愈粘，最后成为机械固体，但始终没有新相出现，并且自由度不发生变化。,74,只与强碱反应 SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O,易被HF酸腐蚀生成气体SiF4：SiO2+4HF=SiF4+2H2O,化学性质稳定,玻璃的化学稳定性就是指玻璃抵抗水、酸、碱以及其他化学介质或气体侵入的能力。,75,各向同性,非晶体的玻璃，经过相当长的时间后，在它里面生成了微小的晶体，形成透明性减

32、弱的模糊斑点。这说明非晶体经过一定时间会自动变成晶体。,内能高,没有晶界,性能可调控 (组分调变，表面处理等技术),即在玻璃体内任何方向测得的热膨胀系数、导热系数、导电性、折光率以及机械性能等物理性质参数都是一致的，而晶体则是各向异性的。,76,结构,透明易碎,黑色类，它吸收了大部分的光子，但它不释放或释放少量光子。光的能量它以热能或其他能量形式储存起来或慢慢释放出来。,玻璃一般都是由二氧化硅和硅酸盐所组成，这些分子对于光的吸收比较弱，所以光波很容易在玻璃体中穿过，我们看起来就是透明的了。,透明,77,小新，知道什么是毛玻璃么？,就是长满毛的玻璃,78,毛玻璃就是表面凸凹不平的玻璃,当光线到达

33、这凸凹不平的表面时,79,光线就会发生凌乱的折射,这时人们就只看见光,80,当毛玻璃润湿后,表面的凸凹不平就消失而变得平滑了,81,而水和玻璃的折射率相近,光线在凸凹的玻璃面上的折射度减小，而会保持原来的规则,82,所以就能看清玻璃对面的图像了,83,84,易碎,由于结构内部缺少能发生滑动的平面，缺少可变形性。,85,玻璃的分类及应用,分类,氧化物玻璃,金属玻璃,半导体玻璃,特种玻璃,硅酸盐玻璃、 硼酸盐玻璃、 磷酸盐玻璃等,86,氧化物玻璃（传统统称的玻璃）,在熔融时能形成连续网络结构的氧化物，如氧化硅、氧化硼、氧化磷等，其熔融体在冷却过程中粘度逐渐增大并硬化而不结晶，都能成为玻璃体。,硅酸

34、盐玻璃,硅酸盐玻璃指基本成分为SiO2的玻璃，其品种多 ，用途广。,87,用途：化学仪器；高压水银灯、紫外灯等的灯壳；光导纤维等。,钠钙玻璃系。以SiO2含量为主，还含有15的Na2O和16的CaO，其成本低廉，易成型，适宜大规模生产，其产量占实用玻璃的90。可生产玻璃瓶罐、平板玻璃、器皿、灯泡等。,膨胀系数小、耐酸碱、强度大、滤光,SiO2含量大于99.5,石英玻璃,88,89,硼酸盐玻璃以 B2O3为主要成分，熔融温度低，可抵抗钠蒸气腐蚀。,磷酸盐玻璃以 P2O5为主要成分，折射率低、色散低，用于光学仪器中。,90,以 SiO2和B2O3为主要成分，具有良好的耐热性和化学稳定性，用以制造烹

35、饪器具、实验室仪器、金属焊封玻璃等。,硼硅酸盐玻璃,以SiO2和Al2O3为主要成分，软化变形温度高，用于制作放电灯泡、高温玻璃温度计、化学燃烧管和玻璃纤维等。,铝硅酸盐玻璃,二元硅酸盐玻璃:,91,金属玻璃,一般由熔融的金属迅速冷却而制得,由于突然冷却，液体来不及结晶，于是原子便成无序排列状态了。要生产出“金属玻璃”，冷却的速度需要很快。纯金属：1000度/秒,对科学家来讲，玻璃是任何能从液体冷却成固体而无结晶的材料。,92,93,金属玻璃既有金属和玻璃的优点, 又克服了它们各自的弊病如玻璃易碎, 没有延展性金属玻璃的强度却高于钢, 硬度超过高硬工具钢, 且具有一定的韧性和刚性, 所以, 人

36、们赞扬金属玻璃为“敲不碎、砸不烂”的“玻璃之王”,94,目前，美国加利福尼亚理工学院研制一种最新方法制造出“金属玻璃”材料，该材料的硬度和弹性是钛的两倍，用它制造的3毫米直径合成金属棒能够支撑一辆2吨重的卡车，金属棒仅仅出现轻度弯曲，而不像其他金属棒被折断。,95,半导体玻璃，即非晶硅等，制造工艺比较简单，也可制造出很大尺寸的薄膜材料，适合于工业化大规模生产，因而显示出巨大的应用前景。,半导体玻璃,当半导体材料受到光照时，半导体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的效应。此时，不需要任何外加电源，只要有光照射，半导体的两端就会产生电势差，接上负载后就会产生电流。非晶硅就可制成光电池或太阳

37、能电池。把太阳能直接转变为电能的装置。,96,将来，每幢楼房都可以安装一个小型太阳能“电站”：在楼顶铺一层半导体玻璃薄膜材料，有阳光照射时就会产生电力，把多余的电力存到蓄电池中，到了夜间或阴雨天，再由蓄电池向每个家庭供电。这样，我们做饭、取暖、洗衣、看电视，就不再需要消耗别的能源了。,97,随着社会和科学的发展，在玻璃材料科学领域中，由于某些新品种是根据特殊用途专门研制的，其成分、性能、制造工艺均与一般工业和日用玻璃有所差别，它们往往被归入专门的一类，叫做特种玻璃。,特种玻璃,98,夹层玻璃是利用透明、粘接力强的塑料膜片将两块或两块以上的平板玻璃在高温高压作用之下粘接起来的玻璃。夹层玻璃的强度

38、高，有优异的抗冲击和抗穿透性能，破碎时玻璃碎片被塑料膜片粘结，不易脱离飞散,夹层玻璃,99,钢化玻璃：,普通玻璃加热软化，再急速冷却得到,主要用作汽车、飞机的挡风玻璃，防弹玻璃，也用于有特殊安全要求的建筑物门窗、幕墙及展示陈列等方面。,100,吸热玻璃,吸热玻璃能吸收大量热射线并保持良好透明度。常见的吸热玻璃颜色有茶色、蓝色、灰色、绿色等。多用作建筑物门窗、幕墙及车、船风挡玻璃等，起采光、装饰、防眩、节能作用。,吸热玻璃是在普通硅酸盐玻璃中引入一定量的着色氧化物或在玻璃表面喷涂着色氧化物薄膜而具有吸热性。,蓝色(Co2O3)红色 (Cu2O) 淡绿色 (FeO),101,在建筑物上大量使用,102,微晶玻璃,微晶玻璃：将加有金属氧化物晶核的特定组合的玻璃，在一定温度下进行晶化热处理，成为具有微晶体和玻璃相均匀分布的复合材料。,结构：微晶体由玻璃相与结晶相组成。,性能：机械强度高，绝缘性能优良，介电损耗少，介电常数稳定，热