
【化】 glass state; glassy state; vitreous state
玻璃态(glassy state)是材料科学中的重要概念,指非晶态固体的一种特殊物理状态。其核心特征在于原子或分子排列呈现长程无序性(类似液体),但宏观上保持固体刚性。对应的英文术语为glassy state 或vitreous state。
结构特性
玻璃态物质缺乏晶体特有的周期性点阵结构,原子排列呈无序状态,但具有高于液体的粘度(通常 >1012 Pa·s),使其在宏观上表现为固态 。这种结构可通过快速冷却熔体(如将熔融二氧化硅急速降温)实现,抑制结晶过程。
亚稳态性质
玻璃态属于热力学亚稳态,有自发向晶态转变的趋势。其转变温度(Tg)是关键参数:当材料温度低于 Tg 时表现为玻璃态,高于 Tg 则转变为过冷液体 。例如,普通窗玻璃的 Tg 约550°C。
玻璃态材料因其各向同性、高透光性及可调控的物理性能,广泛应用于光学器件(光纤)、电子封装材料、生物医用材料等领域 。
参考文献
玻璃态是物质的一种特殊固态形式,具有独特的结构和物理特性,主要可通过以下方面理解:
玻璃态是无定形固体的典型代表,其原子或分子排列呈现短程有序、长程无序的特征。与晶体不同,它缺乏周期性结构,但局部范围内(数个原子尺度)存在规则性。从热力学角度看,玻璃态是亚稳态,内能高于结晶态,但动力学上稳定。
通过快速冷却(淬火)熔体实现,冷却速率需足够快以抑制结晶过程。例如,熔融硅酸盐快速冷却形成玻璃。
在聚合物中,玻璃态是力学三态之一(另为高弹态、粘流态)。温度低于玻璃化转变温度(Tg)时,链段运动冻结,材料硬脆。例如,常温下的塑料即处于玻璃态。
玻璃化转变温度(Tg)与熔点(Tm)的关系: $$ T_g approx frac{1}{2} sim frac{2}{3} T_m $$ (基于中提到的“绝对温度2/3~1/2”范围)
玻璃态是介于晶体与液体之间的亚稳态固体,广泛存在于玻璃、塑料等材料中。其特殊结构导致独特的物理行为,在材料科学和工程中具有重要应用价值。
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