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软玻璃的特性

    在自然界中的固体物质存在着晶态和非晶态两种状态。软玻璃是物质的一种特殊的形态,属于非晶体的一个分支。古人称软玻璃为“水玉”,“其莹如水,坚如玉”。通常我们也将玻璃称为“过冷的液体”,软玻璃的透亮、均匀等很多性质都与液体相似。软玻璃作为一种特殊的固体又与晶体相似,如具有较大的硬度与稳定性。其实,软玻璃既不同于液体,也不同于晶体。其貌似液体却不能流动,其形似晶体却与晶体有很大的不同(属于非晶体)。通过对软玻璃结构的研究,公认软玻璃具有统计均匀性(这一点同液体相似)和微不均匀性(又同晶体相似)。软玻璃结构表现为“长程无序,短程有序”。软玻璃表现出下列特征。
 
一、各向同性
    软玻璃态物质的质点排列是无规则的,是统计均匀的。所以,当软玻璃中不存在缺陷(如应力、不均匀等)时,软玻璃物理化学性质(如硬度、弹性模量、热膨胀系数、热导率、折射率、电导率等)在各个方向上都是相同的,称之为软玻璃的各向同性。而晶体则表现为各向异性。但当软玻璃中存在应力等缺陷时,结构的均匀性就遭到了破坏,则表现出各向异性,如出现明显的光程差等。
 
二、介稳性(亚稳性) 所谓介稳性是指软玻璃态的系统内能不是最稳定的(最低的),处于高能量的液体和低能量的晶体之间,热力学称为介稳性。
    这是因为软玻璃经过从高温到低温的过程中,软玻璃的A度急剧增大,质点来不及调整为晶体的有续排列,而保持了高温液体的疏松结构,因此系统内能不是最低的。尽管如此,但由于常温下A度很大。软玻璃转变成晶体的速率很低,因而实际上不能自发地转化为晶体,动力学称为稳定。只有在一定的外界条件下如合适的温度,充分的时间,软玻璃才可能转化为晶体。
 
三、无固定的熔点 软玻璃态物质从固态转变为液态是在一定的温度区间(转化温度范围)内进行的,它与晶态不同,没有固定的熔点。
    这是因为软玻璃在由熔体向固体转化过程中没有新的相生成,未发生明显的相变,其凝固过程只是A度逐渐增大,直至形成固态软玻璃,因此其性质的变化是逐渐的和连续的。软玻璃的转变温度范围主要取决于软玻璃的化学组成,一般在几十到几百摄氏度。在这一温度范围内,软玻璃经历了由a塑性体、A弹性体到弹性体的转变,这种性质赋予软玻璃良好的加工性能。
 
四、性质变化的连续性与可逆性 软玻璃态物质由熔融态到固体状态的性质变化是连续的和可逆的。
    之所以连续变化,是由于软玻璃态在经过从高温到低温的过程中,A度急剧增大,此过程未发生液一晶相变。软玻璃性质变化的连续性还表现为:当软玻璃的化学组成变化时,软玻璃的性质也发生相应地变化,因此调整软玻璃的化学组成,可以使软玻璃的性质发生相应地变化。性质变化的可逆性,是指软玻璃由固态向熔融态或相反过程的变化可以多次进行,而不会伴随新相生成。

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