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玻璃微观结构模型
非晶态材料的各种性质ï¼?/p>
是由它的微观结构(包括原子结构和电子结构)决定的ã€?/p>
目前
对非晶态材料的电子结构了解很少ï¼?/p>
讨论其结构常以原子结构为主ã€?/p>
由于至今尚无任何技æœ?/p>
可以准确测定ï¼?/p>
所以,
利用结构模型是研究非晶态结构的一个重要方法ã€?/p>
从原子间的相互作
用以及其他约束条件出发,
通过建造模型的方法得出某种可能的原子排列情况ã€?/p>
从模型可ä»?/p>
得到各原子中心的坐标ï¼?/p>
分析原子分布的几何特征,
讨论其各种物理性能ï¼?/p>
并可将从模型æŽ?/p>
算出的材料性质与实验观测的结果进行比较ã€?/p>
目前已对三类非晶态固体物质提出了较好的结
构模型:
①连续无规网络模型,适用于通过共价键形成的玻璃体,如硅、二氧化硅、二氧化锗ã€?/p>
二硫化锗、碲化硅等;②无规密堆积模型,适用于非晶态的金属和合金;③无规线团模型,
适用于柔顺性好的高聚物无定形固体ã€?/p>
玻璃属于非晶态固体,
其结构缺乏对称性和周期重复性,
所以到目前为止ï¼?/p>
人们对玻ç’?/p>
结构的认识还有许多未知区,在实验上、理论上及概念上还有许多相当复杂的问题。例如,
玻璃的非周期性结构,
使它具有各向同性的性质ï¼?/p>
因而其实验结果是相当平均的
(实际上æ˜?/p>
混杂的)
,以致于所得到的信号在携带结构信息含量方面是少而且相当弱的;从理论上讲ï¼?/p>
模型的建立不可避免的是近似的结果ï¼?/p>
很难达到精确性,
实用性和可靠性;
概念上的问题ä¹?/p>
许是最不确定的ï¼?/p>
对非晶固体而言ï¼?/p>
结晶动力这个概念严格来讲是不适用的,
因为非晶固体
中不存在单元晶胞ï¼?/p>
所以无法象晶体那样通过振动光谱中尖锐的峰线来准确地反映原子的相
关状态ã€?/p>
但是要理解玻璃的特性以及其宏观性质ï¼?/p>
必须要了解玻璃结构的相关知识ï¼?/p>
所以找
到模拟玻璃结构的方法是非常重要的ã€?/p>
许多研究玻璃结构的学者,
提出了一些玻璃结构模型ã€?/p>
但在众多的玻璃系统中ï¼?/p>
由于结构化学上的特性各有差异,
所以很难用一种结构模型来表达ï¼?/p>
某一玻璃结构模型可能仅适用于某种化学键特性的玻璃系统ã€?/p>
由于玻璃结构的无序特点,
以及影响玻璃结构的因素很多,
所以玻璃结构方面可靠知è¯?/p>
的积累很缓慢ã€?/p>
应用最新的结构分析方法ï¼?/p>
也只能得到玻璃结构的局部认识,
而且大多数情
况下很难将它们相互联系起来,
特别是难以将它们概括起来加以推广ã€?/p>
甚至用于晶体结构åˆ?/p>
析能获得结论性结果的
X
射线法和中子衍射法,
用于玻璃ï¼?/p>
也不能得到满意的结果ï¼?/p>
这是å›?/p>
为在大多数情况下,可能同时存在几种玻璃结构的模型ã€?/p>
45.1
经典玻璃结构模型
45.1.1
无规则网络结构模åž?/p>
“无规则网络”结构模型是åœ?/p>
1932
年由
W. H. Zachariasen
提出
[1]
�/p>
Zachariasen
在研究氧化物玻璃结构时,
应用晶体化学的理论,
提出äº?/p>
“玻璃中原子的排列具有缺乏对ç§?/p>
性和周期性的三维空间扩展的网络特点â€?/p>
,如å›?/p>
45-1-1
所ç¤?/p>
[2]
。该理论的主要内容为ï¼?/p>