Стеклообразное состояние вещества

Стеклообразное состояние вещества является разновидностью аморфного состояния. Аморфное состояние характерно для веществ с ковалентным типом ХС (порошки, пленки, компактная форма). Короткодействующие, направленные ковалентные связи мешают перегруппировке частиц при затвердевании расплава, т.к. смещение атомов требует значительных затрат энергии, соизмеримых с энергией связи. В твердом теле сохраняется неупорядоченное расположение частиц, свойственное жидкостям, и отсутствует дальний порядок. Стекло или стеклообразным сплавом называют неорганический или органический продукт плавления, охлажденный до твердого состояния без кристаллизации.Другими словами, стекло – это переохлажденная жидкость. В аморфных и стеклообразных сплавах при отсутствии дальнего порядка сохраняется ближний порядок – группировки атомных частиц, отражающих химический состав вещества. Такие группировки принято называть структурными единицами. Структурная формула с.е. указывает число образующихся химических связей. Например: халькогенидный стеклообразный сплав состава химического соединения As₂S₃ имеет с.е. AsS_3/2.

Для получения стекол важен химический состав и скорость охлаждения (должно быть быстрое охлаждение). Даже металлы при скорости охлаждения 5-7 млн. град/сек, примерно 10¹⁰ К/с получены в стеклообразном состоянии (металлические стекла – материалы новой техники). В стекол синтезированы: германий, теллур (полупроводники), висмут, алюминий, ванадий, хром, железо, никель и др. (обычно в виде пленок, обладающих уникальными свойствами). Добавление фосфора, серы, кремния, бора позволяет снизить скорость охлаждения до 100-200К/с. Металлические стекла относятся к соединениям переменного состава, обладают чрезвычайно высокой коррозионной стойкостью, прочностью на разрыв (например, у Fe_0,8B_0,2 она в 10 выше, чем у чистого железа), заменяют дорогую электротехническую сталь. Уже сейчас из металлических стекол изготавливают сердечники электродвигателей, генераторов, трансформаторов, магнитопроводов. Недостатками являются меньшая пластичность и прочность при нагрузке. Исследования направлены на совершенствование технологии (ликвидация неоднородностей структуры, получение тонкой ленты и пр.).

Характерным свойством стеклообразных материалов является их прозрачность в различных областях спектра. Существуют разные разновидности стекол.

Оксидные стекла (например, оконное стекло) получены на основе Na₂O СаО 6SiО₂+силикаты калия, свинца (хрусталь) +оксид бора (термостойкое химическое стекло), прозрачны в видимой области спектра. Непрозрачны для УФ.

Халькогенидные стекла (на основе халькогенов – серы, селена, теллура), прозрачные в видимой и ИК-областях спектра. Из них изготавливают приборы ночного видения, ключевые элементы памяти (As-Ge-Se), используют для записи информации (Se-Tе – в аппаратах для ксерокопирования), в голографии (Ge-Te, Si-Te), для передачи изображения на дальние расстояния и в космическом пространстве (Sb- S-Ме), используют в качестве волноводов - волоконно-оптический кабель (As-Ge-S, As-S, As-Sе, Ge-Sе, Ge-S и др.), термометров сопротивления для атомных реакторов (As₂Sе₃ - As₂Те₃).

Фторцирконатные стекла изготавливают на основе фторидов гафния, циркония ZrF₄, Hf F₄ с добавками других фторидов, имеют большой диапазон прозрачности - от УФ до ближней ИК области спектра.

Фосфатные стекла изготавливают на основе ортофосфата кальция – прозрачны в видимой и УФ-областях спектра (темные стекла на автомобилях).

Дата добавления: 2014-01-03