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非晶體

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玻璃。至常見非晶體
琥珀

非晶體，相反就叫晶體，固體中兩種形式之一。佢唔能好似晶體咁，成嚿排例到齊齊整整。而祗能好短咁整齊，至短得一兩粒原子，無所謂長程有序。另外又叫無定形體，話佢形狀無規律。研究歸入凝聚態物理學同材料科學範疇。

玻璃、樹脂、塑膠、金屬玻璃等，都歸入非晶體[1][2]。尤其玻璃可謂代表。有時會用玻璃講非晶體。嚴格講，玻璃指經玻璃轉化非晶材料。

形容上叫非晶，或者無定形。好似非晶材料，無定形鈀基咁。

名

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非晶體，又有寫非晶質、非晶固體。無定形體，又寫無定形固體。

英文叫non-crystalline solid，又叫amorphous solid。

amorphous，可以拆成希臘文嘅a，意思無，同埋morphé ，意思形。

構造

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晶體　非晶體

非晶材料內部結構，由分子級結構組成，呢啲結構單元，有時同晶體基本結構相似[3]。不過，晶體材料有長程有序，非晶材料冇。即係話，佢結構無有限單元格，無重複排列。講非晶體結構，用統計性指標，好似原子密度函數，徑向分佈函數。咁有效過晶體學方法[4][2]。

非晶材料結構無長程有序，微細尺度仍局部有序[4]。根據慣例，短程有序會延伸到至近相鄰原子層，通常一兩個原子距離左右[5]。中程有序，大約延伸多一二奈米[5]。

基本特性

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蠟。常見非晶體

高熱玻璃轉化

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液態凝結成非晶體， 即玻璃轉化，物理學重要而未解決課題。

非晶體低溫通性

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極寒之下，即低過一到十開，非晶體都有相似低溫性質。有種種理論模型去解釋呢啲現象，但無論玻璃轉變現象，定係玻璃固體低溫特性，都未喺基本相互作用解釋到。


凝聚態物理學中，非晶體屬重要範疇，目標要理解高溫，即玻璃轉化溫度，以及極低溫，接近絕對零度。二十世紀七十年代起，低溫經已詳細實驗研究[6][7]。比熱會隨溫度近乎線性增加，而導熱率則隨溫度呈近似平方關係。咁叫做性質異常，皆因相同溫度下，同晶體異非常大。

現象層面，低溫性質用隧道雙能階系統描述[8][9]。不過，過五十年研究，都無微觀理論解釋到[10]。

物料中內部摩擦無量綱量係通用[11]。除咗常數外，數值無單位比例，反映出聲子波長同聲子平均自由程之間比值。由於隧道雙能階系統理論無法解釋 T密度來源，無法說明內部摩擦通用，內部摩擦同散射密度成正比。物理學家安風尼里格指出，呢個問題喺理論上有重大意義[12]。

納米結構材料

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分子之間化學鍵特性，非晶材料喺原子尺度上，通常都會短程有序。另外，微小晶體入面，短程有序會覆蓋住多數原子。不過，表面鬆弛同介面效應會扭曲原子位置，降低整體結構有序性。

用至先進結構分析技術，好似 X光繞射或穿透式電子顯微鏡，都難以準確分辨非晶結構同晶體結構，特別尺寸好細微[13]。

特性

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非晶體缺乏長程有序，標準結晶學技術，往往未能準確測定結構[14]。所以會用唔同方法，包括電子技術、X光技術、電腦模擬技術分析非晶材料結構。多模態分析好常見做法，結合多種方法，獲得更全面結構資訊。

X 光同中子繞射

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同晶體材料唔同，晶體會產生強巴肋繞射。非晶體繞射圖峰值就寬闊而模糊[15]。因此，非晶材料繞射圖案中，要獲取實質空間結構，就需要詳細分析，配合其他輔助技術。用X光同中子源，同時取得繞射數據，兩者繞射特性唔同，資訊互補[16]。繞射數據配對分佈函數分析，計算出某一距離內，搵到一對原子概率[15]。另一種常見分析方法，叫徑向分佈函數分析，由一個任意參考原子出發，唔同徑向距離下，出現原子數量分佈[17]。由此揭示非晶材料局部有序結構。

X光吸收精細結構光譜

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X光吸收精細結構光譜，原子尺度探測技術，非常啱研究材料缺乏長程有序結構。光譜得後面資料。原子氧化態、配位數、周圍原子種類同埋，原子同中心原子之間距離[18]。

原子級電子斷層掃描

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原子級電子斷層掃描技術，用穿透式電子顯微鏡，得出亞埃米解析度。首先，多角度傾斜拍攝樣本，唔同角度攞到一系列平面圖像。之後，圖像用電腦重建，組合成立體影像[19]。採集完圖像，有大量後期處理，修正例如樣本飄移、雜訊干擾、掃描失真等問題[19]。分析同處理得質素夠高，就可以構造出非晶體，種種原子立體分佈，非常詳細。

電子波動顯微術

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電子波動顯微術，另一種用穿透式電子顯微鏡技術，對非晶體材料內，中程有序結構特別敏感。偵測因唔同類型中程有序結構，產生有結構波動[20]。實驗用傳統，或者掃描式穿透電子顯微鏡都得[20]。

計算技巧

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模擬同建模技術，配合實驗方法一齊用，分析同描述非晶體材料結構。計算技巧有密度泛函理論、分子動力學同埋反向蒙地卡羅[14]。

用途及觀察

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非晶薄膜

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非晶相，薄膜中重要組成部分。薄膜層層固體，厚幾納米到幾十微米，沉積基板上。結構區模型，描述薄膜微觀結構，點樣跟住同類溫度變。同類溫度，沉積溫度同熔點比值[21][22]。要形成非晶相，必要同類溫度要細過十分之三，意思沉積溫度要低過熔點三成。

超導現象

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金屬玻璃。非晶金屬韌性低，但強度高。

應用有。由畢高同曉殊製造非晶金屬，發現非晶金屬有超導現象，作用重要[23]。非晶金屬超導現象，包括簿膜，理解由聲子介導形成姑爬對引起。而結構無序所造成影響，可以用強耦合伊利士伯超導理論解釋[24]。

隔熱保護

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非晶體局限熱載體位置，表現勁過晶體，導致熱導率較低[25]。隔熱保護產品，好似熱障塗層同隔熱材料，都靠具極低導熱率材料[25]。

工藝應用

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光學塗層，用二氧化鈦、二氧化矽、五氧化二鈮等材料造，無論單用定混用，化合物都屬非晶相。而對薄層非晶膜，用做氣體分離膜層，研究亦非常多[26]。最重要薄層非晶膜，大概係幾納米厚二氧化矽層，用做金屬氧化物半導體場效應晶體管中，導電通道上絕緣層。另外，氫化非晶矽，對薄膜太陽能電池，技術重要[27]。

藥用

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藥業之中，有非晶藥物，非晶相溶解度高過晶體，生物利用度更高。不過，有啲化合物，非晶形態喺體內時會沉澱，若同時服用，可能降低彼此生物利用度[28][29]。研究基因泰克〇八一〇非晶分散體，得出微觀結構、物理性質同溶解性能之間，關係緊密[30]。

泥中

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泥中非晶質材料，影響泥體積密度、團粒穩定、可塑同保水能力。體積密度低同罅隙比高，主要來自於火山玻璃碎片，同其他多窿礦物，唔易壓實。安地土含至非晶材料[31]。

相

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研究有個好得意現象，非晶相薄膜生長[32]。多晶薄膜生長之前，通常由形成一浸非晶層開始。呢層非晶層厚度，得幾個納米咁薄。至常研究一例，薄層多晶矽薄膜入面，分子排列無方向[33]。透射電子顯微鏡觀察到，有楔形多晶粒會由非晶層入面生出來，不過要等非晶層厚過特定數值，先會發生，而呢個厚度閾值，會受沉積溫度、背景氣壓同埋其他製程參數影響。個現象借柯士和階段法則解釋[34]，物質變相過程，跟住凝結時間，慢慢向住更加穩定相態發展[33]

攷

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文獻

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