Μη-κρυσταλλικάστερεάκαιύαλοι (non-crystalline solids and glasses)

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Μη-κρυσταλλικάστερεάκαιύαλοι (non-crystalline solids and glasses)"

Ῥαάβ Αλεξάνδρου
7 χρόνια πριν
Προβολές:

1 Μη-κρυσταλλικάστερεάκαιύαλοι (non-crystalline solids and glasses) glass Ένα εύθραυστο και διαφανές υλικό Πολλά περισσότερα αλλά και δύσκολο να καθοριστεί ακριβώς Ύαλοι=μη κρυσταλλικά στερεά που παράγονται με πήξη υπερψυγμένων υγρών Είναι ύαλοι άλλα στερεά που παράγονται με άλλες μεθόδους; A.Κλειδώνοντας την αταξία μιας υγρής φάσης B.Χρησιμοποιώντας το πλεονέκτημα του δομικής αταξίας των αερίων φάσεων Γ.Διαρρηγνύοντας την τάξη μιας κρυσταλλικής φάσης Α. Σχηματισμός ύαλου από μία υγρή φάση Η πλειοψηφία των ενώσεων και στοιχείων σχηματίζει υγρά τήγματα χαμηλού ιξώδους που με ψύξη κρυσταλλώνονται ταχέως Υπάρχουν ενώσεις που τήκονται δίνοντας υγρά με υψηλό ιξώδες που αν η θερμοκρασία του κρατηθεί λίγο χαμηλότερα του σημείου πήξεως έχουν την τάση να κρυσταλλωθούν αργά. Όταν το υγρό στερεοποιέιται χωρίς κρυστάλλωση λέμε ότι σχηματίζει μια ύαλο (glass), υαλοποιείται (vetrify) ή περνά στην υαλώδη κατάσταση (virteous state) Αφού περνάμε με συνεχή τρόπο από την υγρή κατάσταση στην στερεή οι δομές πρέπει να είναι παρόμοιες. Π.χ. το διάγραμμα περίθλασης ακτίνων-χ των δύο πρέπει να μοιάζει. Διαγράμματα περίθλασης ακτίνων-χτου SiO 2 για τρεις διαφορετικές μορφές

2 Στοιχεία και ενώσεις που μπορούν να υαλοποιηθούν 1. Στοιχεία: Φώσφορος, θείο και σελήνιο 2. Οξείδια:SiΟ 2, B 2 O 3, P 2 O 5,GeO 2, As 2 Ο 3 και Sb 2 Ο 5 3. Χαλκογονίδια: As-S, As-Se, P-Se, Ge-Se αλλά και περισσότερο πολύπλοκα ( Si,Ge,Ga,In,Sh,Te,Bi,Pb, Tl κλπ) 4. Αλογονούχα: BeF 2 και ZnCl 2 5. Τήγματα αλάτων: Ορισμένα μήγματα νιτριδίων, KNO 3 -Ca(NO 3 ) 2, ανθρακικών αλλά και δυαδικά και τριαδικά συστήματα φωσφορικών, αλουμινοφθορικών, βοριοφθορικών, φωσφοροφθορικών κλπ. 6. Υδατικά διαλύματα από άλατα,οξέα και βάσεις: Συχνή σε συμπηκνωμένα διαλύματα H 2 SO 4, KOH, LiCl κλπ. 7. Οργανικές ενώσεις: Μεθανόλη,γλυκερόλη, γλυκόζη, τολουόλιο. 8. Οργανικά πολυμερή:μακρομοριακές ενώσεις όπως πολυαιθυλένιο,πολυστηρένιο κλπ σχηματίζουν τα οργανικά γυαλιά. 9. Μέταλλα: Ορισμένα κράματα όπως Pd-Si, Fe-B, Ni-Nb, Cu-Zn Η σημασία της ταχύτητας ψύξης Εάν εφαρμόσουμε πάρα πολύ αργή ψύξη κανένα υλικό δεν μπορεί να σχηματίσει γυαλί Το αντίθετο δεν αληθεύει -Από τους παράγοντες που εξαρτάται η ταχύτητα ψύξεως (διάχυση θερμότητας,μεταφορά θερμότητας με ακτινοβολία, γεωμετρική μορφή, κατάσταση επιφάνειας) οπιο σημαντικός είναι ο όγκος του δείγματος. 1. Μέθοδοι παρασκευής υάλου με ταχεία ψύξη υγρού Duwez-type Splat-cooling o C/s

3 Hammer and anvil Splat-cooling device 10 5 o C/s Roller splat-cooling device Melt-spinning device

4 Laser spin-melting device 2. Μέθοδος sol-gel

5 3. Αλλες μέθοδοι α)αντιδράσεις πολυμερισμού: Οργανικά μακρομόρια παρασκευάζονται με προσθήκη ή συμπύκνωση των 2. Μέθοδοι μορίων με ενός ψύξη μονομερούς. ατμών Το αποτέλεσμα είναι ένα υλικό ολικά ή μερικά κρυσταλλικό.(βιομηχανία πλαστικών) β)απομάκρυνση του διαλύτη:κατά την παρασκευή πλήθους οργανικών ενώσεων(π.χ. κόλλες) η απομάκρυνση του διαλύτη αφήνει άμορφο το υπόλοιπο υλικό. γ)ηλεκτροχημική εναπόθεση: Άμορφα στρώματα οξειδίων μπορεί να αναπτυχθούν στις επιφάνειες ενός μετάλλου ή ημιαγωγού που χρησιμοποιείται ως άνοδος σε μια ηλεκτροχημική διάταξη.ta,al,zr Nb με οξείδωση στην άνοδο δημιουργούν τα αντίστοιχα οξείδια. Σχηματισμός μη-κρυσταλλικού στερεού με εναπόθεση μίας ή περισσοτέρων ενώσεων στην αέρια κατάσταση πάνω σε ένα υπόστρωμα α) Εναπόθεση χωρίς αντίδραση Β. Σχηματισμός από αέρια φάση. 1. Μέθοδοι με ψύξη ατμών A1-Thermal evaporator A2-Sputtering coating device

6 β) Σχηματισμός υάλου με εναπόθεση και αντίδραση Β1- Reactive sputtering (χρήση Ο 2, Ν 2 δίνει SiO 2 Si 3 N 4 με υπόστρωμα Si) B2-(Chemical Vapor Deposition CVD) Ετερογενής αντίδραση και εναπόθεση Ομοιογενής αντίδραση οξείδωσης (1500 ο C) SiH 4, PH 3,O 2 ή SiCl 4, POCl 3 O 2 αέρια περνούν πάνω από επιφάνεια Si που θερμαίνεται στους 1000 ο C, παράγοντας υμένια υάλου από SiO 2 -P 2 O 5. Γ-Σχηματισμός υάλου από στερεά φάση Γ1-Μέσω καταστροφής της κρυσταλλικής δομής με ακτινοβολία (Radiation damage) Συγκρούσεις σωματιδίων άλφα ή νετρονίων με ένα κρυσταλλικό υλικό προκαλούν σχηματισμό ατελειών που αθροιστικά οδηγούν σε άμορφη δομή. Η ακτινοβολία προκαλεί επίσης thermal spikes που προκαλούν τοπική τήξη μιας περιοχής (10 4 άτομα) που ψύχεται ταχέως και οδηγείται σε υαλοποίηση Ορισμένα ραδιενεργά ορυκτά ( μεικτά οξείδια του ουρανίου) γίνονται αμορφα λόγω της δικής τους ραδιοενεργότητας (metamictized) Γ2-Με επίδραση μεγάλης έντασης ωστικού κύματος ( Intense shock waves) Ωστικά κύματα παραγόμενα από εκρήξεις μπορούν να αμορφοποιήσουν κρυστάλλους χωρίς να προηγηθεί τήξη.οι εξωτερικές διαχωριστικές επιφάνειες του κρυστάλλου διατηρούνται αλλά η τάξη καταστρέφεται.(thetomorphic ή diaplectic glasses). Γ3-Με αργή μηχανική επίδραση Κάτω από παρατεταμένη μηχανική λειοτρίβηση τα φαινόμενα συνάφειας μεταξύ των κόκκων του υλικού οδηγούν σε καταστροφή του κρυσταλλικού πλέγματος. ( μεταλλικοί ύαλοι)

7 Προσδιορισμός του όρου ύαλος Με βάση τον τρόπο παρασκευής: Ύαλος είναι ένα στερεό που παρασκευάζεται με πήξη ενός υγρού χωρίς να κρυσταλλωθεί. Με βάση τη δομή: Ύαλος είναι ένα μη-κρυσταλλικό υλικό Ύαλος-άμορφο-μη κρυσταλλικό Ύαλος μη-κρυσταλλικό υλικό Όλαταμη-κρυσταλλικά υλικά που παράγονται με διάφορους τρόπους περιέχουν ένα πλεόνασμα ενέργειας(excess energy) με συνέπεια να θεωρούνται μετασταθή σε μια κατάσταση της ύλης εκτός ισορροπίας (non-equilibrium state) Ύαλος είναι ένα μη-κρυσταλλικό υλικό που υφίσταται το φαινόμενο της υαλώδους μετάβασης-φυσική κατάσταση: υαλώδης (virteous)

Σχετικά έγγραφα

Εργαστήριο Υλικών ΙΙ (Κεραμικά & Σύνθετα Υλικά)

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ Εργαστήριο Υλικών ΙΙ (Κεραμικά & Σύνθετα Υλικά) Ύαλοι Οξειδίων Διδάσκοντες: Αναπλ. Καθ. Σ. Αγαθόπουλος, Καθ. Δ. Γουρνής, Καθ. Μ. Καρακασίδης Άδειες Χρήσης