Materiał amorficzny

Materiał bezpostaciowy to substancja, w której atomy nie zachowują żadnego porządku ze średniej i dużej odległości , co odróżnia ją od skrystalizowanych związków . Warunek odległości jest ważny, ponieważ na krótkich dystansach struktura większości mieszanek jest uporządkowana zgodnie z zasadami Gillespiego. Na okulary , że elastomery i płyny są związki bezpostaciowe. W naukach o Ziemi ogólny termin mineraloid jest używany do określenia klasy tych materiałów niekrystalicznych.

Niektóre materiały mogą występować w różnych formach amorficznych, jest to poliamorfizm .

• Te szkła stanowią większość amorficznych substancji stałych. Najczęściej uzyskuje się je przez schłodzenie cieczy, która nie była w stanie skrystalizować. Ogólnie lepkość cieczy spada wraz ze wzrostem temperatury, a zależność ta jest tym silniejsza, im niższy jest wskaźnik lepkości. W pewnych warunkach temperaturę cieczy można obniżyć bez możliwości rozpoczęcia krystalizacji; ośrodek staje się tak lepki, że składniki (atomy, cząsteczki, jony) cieczy nie mają już wystarczającej ruchliwości, aby osiągnąć minimalną pozycję energetyczną, jaką miałyby w skrystalizowanej substancji stałej; oni dostać zatrzymany w stanie bałagan  ; ciecz stała się nieruchoma i sztywna; znajdujemy się w obecności amorficznego ciała stałego, które można uznać za zamrożoną ciecz , o ogromnej lepkości  ; ta szczególna forma materii nazywana jest stanem szklistym  ; ciało stałe jest szkłem . Obecnie produkujemy szkła mineralne (lub nieorganiczne), szkła organiczne (takie jak PMMA ) i szkła metaliczne .
• Szklisty organiczny polimer jest w postaci stałej składa się z założonymi , splątanych , nieuporządkowanych łańcuchy makrocząsteczkowe . Ta amorficzna struktura jest często porównywana do „naczynia do spaghetti  ” (patrz artykuł:  Losowa kula ).
• Niektóre amorficzne ciała stałe, takie jak żel krzemionkowy , nie mają struktury zamarzniętej cieczy; nie są w stanie szklistym.
• Te elastomery (elastyczny skurcz i polimeryczne) są materiały bezpostaciowe o bardzo szczególnych właściwościach. Otrzymywane są z ciekłych polimerów liniowych (bardzo lepkich ) w temperaturze pokojowej. Aby zapobiec ich płynięciu, pomiędzy łańcuchami polimeru powstaje szereg wiązań mostkowych (o stosunkowo niskim współczynniku mostkowania), co powoduje przekształcenie ich w materiały charakteryzujące się zdolnością do ulegania dużym odwracalnym odkształceniom (wysoka elastyczność ).

Niektóre właściwości fizyczne związków amorficznych:

• w stanie szklistym mają bardzo wysoką lepkość  : podobnie jak ciecze mogą płynąć, ale czas potrzebny do zaobserwowania zauważalnego efektu dla szkła jest rzędu kilku miliardów lat w temperaturze pokojowej (0,1 sekundy przy 600 ° C, 5 dni w 500 ° C, 32 lata w 400 ° C). Wbrew legendzie , nie możemy zatem w żaden sposób wytłumaczyć faktu, że w niektórych starych kościołach witraże są grubsze u podstawy i cieńsze u góry. W przeciwnym razie metalowe uszczelki (na bazie ołowiu) obramowujące witraże zniknęłyby, zanim zobaczylibyśmy przepływ szkła;
• mają lokalny porządek, co można wykazać eksperymentalnie dyfrakcja na proszkach  : podczas gdy kryształ powoduje powstawanie pików dyfrakcyjnych zlokalizowanych przestrzennie, produkt amorficznego związku ma duże nierówności. Pierwsze uderzenie odpowiada korelacjom między danym atomem a jego najbliższymi sąsiadami, drugie odpowiada korelacjom między tym atomem a jego drugimi najbliższymi sąsiadami itd. Szerokość występy wzrasta z rzędu sąsiadów, co oznacza, że korelacje stają się coraz słabsze: lokalny celu dla danego atomu nie przekracza 5 y lub 6 th  sąsiadów.

Fotowoltaika

Niektóre panele fotowoltaiczne wykorzystują technologię uwodornionego amorficznego krzemu . Wydajność tych paneli jest gorsza niż w przypadku technologii polikrystalicznych lub monokrystalicznych. Jednak krzem amorficzny umożliwia produkcję paneli o dużej powierzchni przy niskim koszcie przy użyciu niewielkiej ilości surowca.

Uwagi i odniesienia

Uwagi

1. Wartość tej lepkości jest zwykle rzędu 10 12  Pa s (10 13 Pa  sów); dla porównania lepkość wody w temperaturze i ciśnieniu otoczenia wynosi tylko 10-3  Pa s .

Bibliografia

1. Jean P. Mercier Gérald Zambelli Wilfried Kurz Traite des Matériaux, vol. 1 - Wstęp do inżynierii materiałowej , 3 rd red., Prasy polytechniques et Universitaire romandes , 1999 ( ISBN  2-88074-402-4 ) , s. 206.
2. Jean P. Mercier, Gérald Zambelli, Wilfried Kurz, op. cit., s. 64 i s. 205 do 210.
3. Horst Scholze - Szkło - Wydanie drugie - Institut du verre - Paryż (1980) str. 3 i s. 106 do 108.
4. Christian Oudet - Polimery - Struktura i właściwości - Wprowadzenie - Masson (1993) str. 25, 45 i 90-91.
5. "  The applications of X-ray dyfraction  " , na stronie univ-lemans.fr (dostęp: 14 kwietnia 2010 )

Zobacz też

Powiązane artykuły

• Journal of Non-Crystalline Solids  (in) ( „  non-crystalline solids Journal  ” ), czasopismo specjalizujące się w materiałach amorficznych