Википедија

Аморфност

У физици кондензованих материја и науци о материјалима, аморфна (од грчког a, „без”, morphé, облик, форма) или некристална чврста супстанца је чврста материја којој недостаје далекосежније уређење, попут оног карактеристичног за кристале. У неким старијим књигама овај термин је кориштен као синоним за стакло. У данашње време се „стаклена чврста супстанца” или „аморфна чврста супстанца” сматра свеобухватнијим концептом, а стакло посебнијим случајем. Стакло је аморфна чврста супстанца која показује стаклену транзицију.[1] Полимери су често аморфни. Остале врсте аморфних чврстих материја укључују гелове, танке филмове и наноструктурне материјале попут стакла.

Аморфни материјали имају унутрашњу структуру направљену од међусобно повезаних структурних блокова. Ови блокови могу бити слични основним структуралним јединицама које се налазе у одговарајућој кристалној фази истог једињења.[2] Да ли је материјал течан или чврст, пре свега зависи од повезаности његових елементарних блокова, тако да чврсте материје карактерише висок степен повезивања, док структурални блокови у течностима имају нижу повезаност.[3]

У фармацеутској индустрији се показало да аморфни лекови имају већу биорасположивост од њихових кристалних еквивалената, због високе растворљивости аморфне фазе. Штавише, одређена једињења могу бити подложити таложењу у свом аморфном облику ин виво, и могу узроковати међусобно смањење биорасположивости ако се примењују заједно.[4][5]

За чврсту супстанцу се каже да је аморфна ако њене честице нису уређене као код кристала. Примјери аморфних тијела су стакло, гелови, танки филмови и наноструктурни материјали. Аморфне супстанце имају одређену уређеност честица само на краћим растојањима, али не постоји уређеност у цијелом простору. Код кристалних супстанци постоји правилност у простору у распореду честица, и јачине веза између честица су једнаке, због тога при загријавању кристала везе између честица се раскидају нагло на одређеној температури, и кристали имају тачно одређену температуру топљења. С друге стране код аморфних супстанци растојања између честица нису једнаке у свим дијеловима, због тога нису једнаке ни привлачне силе између појединих честица, и због тога при загријавању аморфних супстанци не постоји нагли прелаз из чврстог у течно стање на одређеној температури, већ при загријавању прво омекшавају, а затим се топе у одређеном температурном интервалу. Честице код аморфних супстанци су распоређене хаотично и у чврстом стању, с тим што је покретљивост честица у течном стању је знатно већа. Због тога се стакла некад називају прехлађеним течностима.

Фундаментална својства аморфних чврстих материја уреди

Стаклени прелаз на високим температурама уреди

Смрзавање из течног стања у аморфно чврсто стање - стаклена транзиција[6][7] - сматра се једним од веома важних и нерешених проблема физике.

Универзална нискотемпературна својства аморфних чврстих материја уреди

На веома ниским температурама (испод 1-10 К), велика породица аморфних чврстих материја има различита слична нискотемпературна својства. Иако постоје различити теоријски модели, ни стаклена транзиција ни нискотемпературна својства стакластих чврстих материја нису добро схваћени на нивоу фундаменталне физике.

Аморфне чврсте материје су важна област физике кондензоване материје која има за циљ да разуме ове супстанце на високим температурама стаклене транзиције и на ниским температурама ка апсолутној нули. Од 1970-их, нискотемпературна својства аморфних чврстих материја су експериментално проучавана веома детаљно.[8][9] За све ове супстанце, специфична топлота има (скоро) линеарну зависност као функцију температуре, а топлотна проводљивост има скоро квадратну температурну зависност. Ова својства се конвенционално називају аномалним, јер се веома разликују од својстава кристалних чврстих материја.

На феноменолошком нивоу, многа од ових својстава су описана збирком тунелских система на два нивоа.[10][11] Ипак, микроскопска теорија ових својстава и даље недостаје након више од 50 година истраживања.[12]

Занимљиво је да је бездимензионална количина унутрашњег трења скоро универзална у овим материјалима.[13] Ова величина је бездимензионални однос (до нумеричке константе) таласне дужине фонона и средњег слободног пута фонона. Пошто се теорија тунелских двостепених стања (ТЛС) не бави пореклом густине ТЛС-ова, ова теорија не може да објасни универзалност унутрашњег трења, које је заузврат пропорционално густини распршених ТЛС-ова. Теоријски значај овог важног и нерешеног проблема истакао је Ентони Легет. [14]

Наноструктурни материјали уреди

Ако је величина кристала мала онда је тешко направити разлику између аморфних тијела и кристала. I аморфна тијела имају неку уређеност честица на малим растојањима атомских величина због природе хемијских веза. Такође у веома малим кристалима велики број молекула је распоређено углавном на површини или близу површине, зато што ефекти дејства површине врше дисторзију позиције честица што смањује уређеност честица. Чак и при најнапреднијим техникама одређивања структуре, као што је дифракција X зрацима и пренос електронским микроскопом, постоји тешкоћа при одређивању да ли се ради о кристалном или аморфном тијелу на дужинама које су атомског реда.

Аморфни танки филмови уреди

Аморфне фазе су вазни дијелови танких филмова, који су чврсти слојеви дебљине неколико нанометара до неколико десетина микрометара који су нанесени на супстрат. За описивање микроструктуре керамике и танких филмова су развијени структурни модели зона као функције хомологне температуре Тк која представља однос температуре таложења и температуре топљења.[15][16] Према овим моделима потребан (али не и довољан услов) за појављивање аморфне фазе је да Tk мора бити мање од 0,3 тј. да температура таложења мора бити низа од 30% температуре топљења. За веће вриједности, површинска дифузија издвојених атомских врста би омогућила формирање кристала са високом уређеносцу атома.

Што се тиче специфичне примене, аморфни метални слојеви су играли важну улогу у дискусији о суперпроводљивости аморфних метала.[17][18] Суперпреводљивост аморфних метала, укључујући аморфне металне танке филмове, сада се сматра да настаје захваљујући фононски-посредованом Куперовом упаривању, а улога структуралног поремећаја може се рационализовати на основу јаког-упаривања Елиашбергове теорије суперпроводљивости.[19] Данас се оптички покровни слојеви који се праве од TiO2, SiO2, Ta2O5 итд, и њихових комбинација, већином се састоје од аморфних фаза ових компонената. Танки аморфни филмови се такође примјењују за раздвајање гаса код мембрански слојеви.[20] Они су углавном направљени од танког слоја SiO2, чија дебљина не премашује неколико нм, и који служе као изолатор изнад проводног канала МОСФЕТ-а. Такође, хидрогенизовани аморфни силицијум тј. a-Si:H има техничку примјену у соларним ћелијама на бази танких филмова. Код a-Si:H недостатак уређености између атома силицијума се јавља због присуства водоника у виду неколико процената.

Појављивање аморфних фаза је такође вазно у проучавању раста танких филмова.[21] Раст поликристалних филмова често почиње аморфним слојем, чија дебљина може бити само неколико нм. Најбоље испитан примјер је танки поликристални силицијумски филм гдје је почетни аморфни слој посматран у многим испитивањима.[22] Комади поликристала су идентификовани помоћу трансмисионог електронског микроскопа и уочено је да расту из аморфног слоја након што аморфни слој достигне одређену дебљину, чија прецизна вриједност зависи од температуре издвајања, притиска и разних других параметара. Овај феномен је интерпретиран у оквиру Оствладових правила о стањима које предвиђа[23] формирање мање стабилних фаза које током времена кондензација прелазе у стабилније облике.[18][22] Експериментална проучавања овог феномена захтијевају одређено стање површине супстрата и његову густину након које се ствара танки филм.

Референце уреди

  1. ^ Ј. Зарзyцки: Лес веррес ет л'éтат витреуx. Парис: Массон 1982. Енглисх транслатион аваилабле.
  2. ^ Маврачић, Јурај; Моцану, Фелиx C.; Дерингер, Волкер L.; Цсáнyи, Гáбор; Еллиотт, Степхен Р. (2018). „Симиларитy Бетwеен Аморпхоус анд Црyсталлине Пхасес: Тхе Цасе оф ТиО₂”. Ј. Пхyс. Цхем. Летт. 9 (11): 2985—2990. ПМИД 29763315. дои:10.1021/ацс.јпцлетт.8б01067  . 
  3. ^ Ојован, Мицхаел I.; Лее, Wиллиам Е. (2010). „Цоннецтивитy анд гласс транситион ин дисордеред оxиде сyстемс”. Ј. Нон-Црyст. Солидс. 356 (44–49): 2534—2540. Бибцоде:2010ЈНЦС..356.2534О. дои:10.1016/ј.јнонцрyсол.2010.05.012. 
  4. ^ Хсиех, Yи-Линг; Илевбаре, Граце А.; Ван Еерденбругх, Бернард; Боx, Карл Ј.; Санцхез-Фелиx, Мануел Винценте; Таyлор, Лyнне С. (12. 5. 2012). „пХ-Индуцед Преципитатион Бехавиор оф Wеаклy Басиц Цомпоундс: Детерминатион оф Еxтент анд Дуратион оф Суперсатуратион Усинг Потентиометриц Титратион анд Цоррелатион то Солид Стате Пропертиес”. Пхармацеутицал Ресеарцх (на језику: енглески). 29 (10): 2738—2753. ИССН 0724-8741. дои:10.1007/с11095-012-0759-8. 
  5. ^ Денгале, Сwапнил Јаyант; Грохганз, Холгер; Радес, Тхомас; Лöбманн, Корбиниан (мај 2016). „Рецент адванцес ин цо-аморпхоус друг формулатионс”. Адванцед Друг Деливерy Ревиеwс. 100: 116—125. ИССН 0169-409X. ПМИД 26805787. дои:10.1016/ј.аддр.2015.12.009. 
  6. ^ ИСО 11357-2: Пластицс – Дифферентиал сцаннинг цалориметрy – Парт 2: Детерминатион оф гласс транситион температуре (1999).
  7. ^ Дyре, Јеппе C. (2006). „Цоллоqуиум : Тхе гласс транситион анд еластиц моделс оф гласс-форминг лиqуидс”. Ревиеwс оф Модерн Пхyсицс (на језику: енглески). 78 (3): 953—972. Бибцоде:2006РвМП...78..953Д. ИССН 0034-6861. дои:10.1103/РевМодПхyс.78.953  . 
  8. ^ Степхенс, Роберт Б.; Лиу, Xиао (2021). Лоw-Енергy Еxцитатионс ин Дисордеред Солидс. А Сторy оф тхе 'Универсал' Пхеномена оф Струцтурал Туннелинг. ИСБН 978-981-12-1724-1. С2ЦИД 224844997. дои:10.1142/11746. 
  9. ^ Грусхин, Адолфо Г. (2022). Рамос, M., ур. Лоw-Температуре Тхермал анд Вибратионал Пропертиес оф Дисордеред Солидс. А Халф-Центурy оф Универсал "Аномалиес" оф Глассес. ИСБН 978-1-80061-257-0. С2ЦИД 222140882. арXив:2010.02851  . дои:10.1142/q0371. 
  10. ^ Андерсон, П.W.; Халперин, Б.I.; Варма, C.M (1972). „Аномалоус лоw-температуре тхермал пропертиес оф глассес анд спин глассес”. Пхилосопхицал Магазине. 25 (1): 1—9. Бибцоде:1972ПМаг...25....1А. дои:10.1080/14786437208229210. 
  11. ^ Пхиллипс, W.А. (1972). „Туннелинг статес ин аморпхоус солидс”. Ј. Лоw Темп. Пхyс., Пп 751. 7 (3–4): 351—360. Бибцоде:1972ЈЛТП....7..351П. С2ЦИД 119873202. дои:10.1007/БФ00660072. 
  12. ^ Есqуинази, Пабло, ур. (1998). Туннелинг Сyстемс ин Аморпхоус анд Црyсталлине Солидс. ИСБН 978-3-642-08371-6. дои:10.1007/978-3-662-03695-2. 
  13. ^ Похл, Р.О.; етц, етц (2002). „Лоw-температуре тхермал цондуцтивитy анд ацоустиц аттенуатион ин аморпхоус солидс”. Ревс. Мод Пхyс. 74 (1): 991. Бибцоде:1972ПМаг...25....1А. дои:10.1080/14786437208229210. 
  14. ^ Леггетт, А.Ј. (1991). „Аморпхоус материалс ат лоw температурес: wхy аре тхеy со симилар?”. Пхyсица Б. 169 (1–4): 322—327. Бибцоде:1991ПхyБ..169..322Л. дои:10.1016/0921-4526(91)90246-Б. 
  15. ^ Мовцхан, Б. А.; Демцхисхин, А. V. (1969). „Студy оф тхе струцтуре анд пропертиес оф тхицк вацуум цонденсатес оф ницкел, титаниум, тунгстен, алуминиум оxиде анд зирцониум диоxиде”. Пхyс. Мет. Металлогр. 28: 83—90. 
    Руссиан-лангуаге версион: Физ. Метал Металловед (1969) 28: 653-660.
  16. ^ Тхорнтон, Јохн А. (1974). „Инфлуенце оф аппаратус геометрy анд депоситион цондитионс он тхе струцтуре анд топограпхy оф тхицк спуттеред цоатингс”. Ј. Вац. Сци. Тецхнол. 11 (4): 666—670. Бибцоде:1974ЈВСТ...11..666Т. дои:10.1116/1.1312732. 
  17. ^ Буцкел, W.; Хилсцх, Р. (1956). „Супралеитунг унд електрисцхер Wидерстанд неуартигер Зинн-Wисмут-Легиерунген”. З. Пхyс. 146: 27—38. С2ЦИД 119405703. дои:10.1007/БФ01326000. 
  18. ^ а б Буцкел, W. (1961). „Тхе инфлуенце оф црyстал бондс он филм гроwтх”. Електрисцхе ен Магнетисцхе Еигенсцхаппен ван дунне Металлаагиес. Леувен, Белгиум. 
  19. ^ Баггиоли, Маттео; Сеттy, Цхандан; Заццоне, Алессио (2018). „Еффецтиве тхеорy оф суперцондуцтивитy ин стронглy цоуплед аморпхоус материалс”. Пхyсицал Ревиеw Б. 101 (21): 214502. С2ЦИД 209531947. арXив:2001.00404  . дои:10.1103/ПхyсРевБ.101.214502. 
  20. ^ де Вос, Ренате M.; Верwеиј, Хенк (1998). „Хигх-Селецтивитy, Хигх-Флуx Силица Мембранес фор Гас Сепаратион”. Сциенце. 279 (5357): 1710—1711. Бибцоде:1998Сци...279.1710Д. ПМИД 9497287. дои:10.1126/сциенце.279.5357.1710. 
  21. ^ Магнусон, Мартин; Андерссон, Матилда; Лу, Јун; Хултман, Ларс; Јанссон, Улф (2012). „Елецтрониц струцтуре анд цхемицал бондинг оф аморпхоус цхромиум царбиде тхин филмс”. Ј. Пхyс. Цонденс. Маттер. 24 (22): 225004. Бибцоде:2012ЈПЦМ...24в5004М. ПМИД 22553115. С2ЦИД 13135386. арXив:1205.0678  . дои:10.1088/0953-8984/24/22/225004. 
  22. ^ а б Биркхолз, M.; Селле, Б.; Фухс, W.; Цхристиансен, С.; Струнк, Х. П.; Реицх, Р. (2001). „Аморпхоус-црyсталлине пхасе транситион дуринг тхе гроwтх оф тхин филмс: Тхе цасе оф мицроцрyсталлине силицон” (ПДФ). Пхyс. Рев. Б. 64 (8): 085402. Бибцоде:2001ПхРвБ..64х5402Б. дои:10.1103/ПхyсРевБ.64.085402. Архивирано (ПДФ) из оригинала 31. 3. 2010. г. 
  23. ^ Остwалд, Wилхелм (1897). „Студиен üбер дие Билдунг унд Умwандлунг фестер Кöрпер” (ПДФ). З. Пхyс. Цхем. (на језику: Герман). 22: 289—330. С2ЦИД 100328323. дои:10.1515/зпцх-1897-2233. Архивирано (ПДФ) из оригинала 8. 3. 2017. г. 

Литература уреди

Спољашње везе уреди

 
Аморфност на Викимедијиној остави.
Преузето из „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Amorfnost&oldid=27557453”