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作者:小小光08 自然界存在的固体状态物质,按照物质形态可分为结晶态和非晶态。固体金属、天然宝石、水晶等都是结晶态物质,玻璃是典型的非晶态物质,也有许多固态物质既包含了结晶态部分,也包含了非晶态部分,如陶瓷、水泥等。区分结晶态和非晶态的最本质特征就是构成该物质的原子或分子的排列是远程有序还是远程无序的。玻璃作为非晶态的无机物质,是熔体经过冷却作用而形成的,在冷却的过程中,熔体黏度逐渐变大,玻璃可以被看作过冷却的液体,避免了析晶的可能。玻璃具有较高的硬度,较大的脆性和一定光谱范围内较高的透过率。一般来说,玻璃具有各向同性的物理性能,与晶体所表现的各向异性完全不同。另外,玻璃还具有性能渐变性,从熔融状态到固体状态的性质变化是连续和可逆的;玻璃还具有介稳性,与晶体相比,玻璃具有更高的内能,在一定条件下有自动晶体化的趋势。根据用途的不同,组成玻璃的成分也会有很大的变化。单组份的SiO2石英玻璃在紫外-近红外较宽的光谱范围内表现出优良的透过特性;Na2O-B2O3-SiO2是大多数日用玻璃的基础成分;稀土离子掺杂的硅酸盐、磷酸盐或氟磷酸盐玻璃常作为固体激光工作截至;硫系化合物玻璃在近红外中红外光谱范围内具有较高的透过率,图1为光学玻璃的几种主要组成部分。 图1:光学玻璃的组成部分1. 玻璃的结构学说玻璃结构学说主要包括无规网络学说、晶子学说和新的无规网络学说。1.1 无规网络学说无规网络学说是1932年有查哈里阿生提出的。针对最常见的硅酸盐玻璃系统,无规网络模型认为组成该类玻璃的最基本单元是一个硅原子和周围四个氧原子所形成的硅氧四面体[SiO4],如图2所示。 图2:硅酸盐玻璃中的硅氧四面体各硅氧四面体之间按照顶角相互连接的方式在三维空间范围形成无序的网络结构,整个晶体中不在于对称性与周期性体系。同时连接两个硅氧四面体的氧原子或两个四面体共顶点的那个样子被称为桥氧,而非共顶点的氧原子称为非桥氧,如图3所示。 图3:两个硅氧四面体的共顶点连接熔石英玻璃就是由硅氧四面体组成的无规则网络。当硅酸盐(或磷酸盐、硼酸盐等)中存在碱金属或碱土金属氧化物(Na2O,K2O,BaO,CaO)时,硅氧四面体的无规网络就会被打断,在某些[SiO4]之间的空隙中便会均匀而无序地分布着碱金属离子或碱土金属离子。无规网络理论认为,组成这些玻璃的基本结构单元是里硅氧四面体、磷氧四面体或硼氧三角体(硼氧四面体)等,它们能够形成三位或层状的无规网络结构。此学说的提出能够很好地解释玻璃的各向同性,内部性质的均匀性,随成分变化玻璃性质连续变化等基本特征。1.2 晶子学说晶子学说认为玻璃是由无数的“晶子“及非晶态物质所组成的,晶子不同于一般意义上的微晶,而是带有点阵变形的有序排列区域,晶子分散于非晶介质中,从晶子区到非晶区的过渡是逐渐完成的,之间没有明显的界限。晶子学说揭示了玻璃中存在着结构的近程有序性与微不均匀性。但是晶子学说没有把晶子的大小与数量以及晶子的化学成分是什么这两个关键问题说清楚。1.3 新的无规网络学说新的无规网络学说强调离子电场强度与配位数对玻璃形成及其性质变化的影响。根据阳离子与氧离子键的单键力大小把形成玻璃的氧化物分为三类:
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路过 |
雷人 |
握手 |
鲜花 |
鸡蛋 |
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