• 無定形體

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    無定形體

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    在凝聚態物理和材料科學中,無定形固體(或非結晶固體)是一種缺乏晶體特有的長程有序性的固體。 術語玻璃和玻璃狀固體有時與無定形固體同義。 然而,這些術語特指發生玻璃化轉變的無定形材料。 無定形固體的例子包括玻璃、金屬玻璃和某些類型的塑料聚合物

    詞源

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    該術語來自希臘語 a(無)和 morpé(形狀、形式)。

    結構

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    無定形材料的內部結構由相互連接的結構塊組成,這些結構塊類似于同一化合物相應晶相中的基本結構單元。 然而,與晶體材料不同的是,不存在長程有序。 因此,非晶態材料不能由有限晶胞定義。 原子密度函數和徑向分布函數等統計方法在描述無定形固體的結構方面更有用。

    盡管無定形材料缺乏長程有序,但它們在小長度尺度上表現出局部有序。 非晶材料中的局部有序可分為短程或中程有序。 按照慣例,短程有序僅擴展到最近的相鄰殼層,通常只有 1-2 個原子間距。 然后將中程有序定義為延伸超出短程有序的結構組織,通常為 1-2 nm。

    納米結構材料

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    由于分子化學鍵合的性質,無定形材料在原子長度尺度上將具有某種程度的短程有序。 此外,在非常小的晶體中,短程有序包含大部分原子; 然而,表面的松弛以及界面效應會扭曲原子位置并降低結構順序。 即使是最先進的結構表征技術,如 X 射線衍射和透射電子顯微鏡,也難以在短尺度上區分非晶和晶體結構

    無定形固體的表征

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    由于缺乏長程有序,標準的晶體學技術通常不足以確定無定形固體的結構。 各種基于電子、X 射線和計算的技術已被用于表征非晶材料。 多模態分析對于非晶態材料非常普遍。

    X射線和中子衍射

    與表現出強烈布拉格衍射的結晶材料不同,無定形材料的衍射圖案的特征在于寬且擴散的峰。 因此,需要詳細的分析和補充技術來從非晶材料的衍射圖案中提取真實的空間結構信息。 從 X 射線源和中子源獲得衍射數據很有用,因為它們具有不同的散射特性并提供互補數據。 可以對衍射數據進行對分布函數分析,以確定找到由一定距離分開的一對原子的概率。 另一種使用非晶材料衍射數據進行的分析是徑向分布函數分析,它測量在距任意參考原子的不同徑向距離處發現原子數。 從這些技術中,可以闡明無定形材料的局部有序。

    X射線吸收精細結構光譜

    X 射線吸收精細結構光譜是一種原子級探針,可用于研究缺乏長程有序的材料。 使用此方法獲得的光譜提供有關氧化態、配位數和相關原子周圍物質的信息,以及它們被發現的距離。

    原子電子層析成像

    原子電子斷層掃描技術在能夠達到亞埃分辨率的透射電子顯微鏡中進行。 從所討論的樣本中獲取以許多不同傾斜角度拍攝的 2D 圖像集合,然后用于重建 3D 圖像。 圖像采集后,必須進行大量處理以校正漂移、噪聲和掃描失真等問題。

    非結晶固體

    使用原子電子層析成像技術進行高質量分析和處理,可對非晶材料進行 3D 重建,詳細說明存在的不同物質的原子位置。

    漲落電子顯微鏡

    漲落電子顯微鏡是另一種基于透射電子顯微鏡的技術,它對非晶材料的中等范圍有序敏感。 可以用這種方法檢測由不同形式的中程順序引起的結構波動。 波動電子顯微鏡實驗可以在常規或掃描透射電子顯微鏡中完成。

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    詞條目錄
    1. 無定形體
    2. 詞源
    3. 結構
    4. 納米結構材料
    5. 無定形固體的表征
    6. X射線和中子衍射
    7. X射線吸收精細結構光譜
    8. 原子電子層析成像
    9. 漲落電子顯微鏡

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