非晶態材料

非晶態材料具有三個基本特徵。

① 只存在小區間內的短程序，而沒有任何長程序；波矢 k不再是一個描述運動狀態的好量子數（見固體的能帶）。

② 它的電子衍射、中子衍射和 X射線衍射圖是由較寬的暈和彌散的環組成；用電子顯微鏡看不到任何由晶粒間界、晶體缺陷等形成的衍襯反差。

③ 任何體系的非晶態固體與其對應的晶態材料相比，都是亞穩態。當連續升溫時，在某個很窄的溫區內，會發生明顯的結構變化，從非晶態轉變為晶態，這個晶化過程主要取決於材料的原子擴散係數、界面能和熔解熵（見結構弛豫）。

製備非晶態材料的方法很多，最常見的是熔體急冷和從氣相澱積(如蒸發、離子濺射、輝光放電等)。近年來又發展了離子轟擊、強激光輻射和高溫爆聚等新技術，並已能大規模連續生產。

一些具有足夠粘度的液體，經快速冷卻即可獲得其玻璃態。1960年P.杜韋斯等人利用很高的冷卻速率，將傳統的玻璃工藝發展到金屬和合金，製成對應的非晶態材料，稱之為金屬玻璃或玻璃態金屬。其工藝原理如圖所示。當射頻加熱線圈將樣品熔融時，開啟閥門，加壓氣流(如He、N、Ar等)衝破聚酯膜片，使樣品從石英坩堝下端的噴嘴急速噴射到冷卻銅塊上，冷速可達10K/s以上，以獲得其非晶態。除少數比較容易形成玻璃態的合金(如Pd-Cu-Si，Pd-Ni-P，Pt-Ni-P等)以外，大部分金屬玻璃的冷卻速率都相當高，一般在10～10K/s，厚度在50μm以內，也有先製成幾十微米以內的非晶態細顆粒，再壓結成塊狀非晶合金的。

一般認為，純金屬無法用目前達到的10～10K/s的冷卻速度，由液態急冷得到玻璃態。所以，目前所有的玻璃態金屬都包含有兩種或兩種以上的組元。大部分玻璃態合金都具有兩種成分，一部分是金屬性強的元素，如Cu、Ag、Au或過渡金屬Fe、Co、Ni、Pd、Pt；另一部分是非金屬、類金屬元素，如3價的B，4價的C、Si、Ge，5價的P。前者的總和約佔70～80at%(原子百分數)，後者約佔20at%，這樣的組分配比可用非晶態固體的伯耳納多面體模型加以解釋。最易得到非晶態的組分是在合金相圖的共晶點附近，其對應的熔化溫度最低。

作為一類特殊結構的剛性固體，金屬玻璃具有比一般金屬都高的強度（如非晶態 Fe80B20，斷裂強度σF達37kgf/mm，為一般結構鋼的七倍多）；而且強度的尺寸效應很小。它的彈性也比一般金屬好，彎曲形變可達50%以上。硬度和韌性也很高（維氏硬度HV一般在1000～2000左右）。

低含鉻的鐵基金屬玻璃(如Fe27Cr8P13C7)的抗腐蝕性遠比不鏽鋼為好。由於原子排列的長程無序，聲子對傳導電子散射的貢獻很小，使其電阻率很高，室溫下一般在 100μΩ·cm 以上，電阻率的溫度係數很小（低於±10K）;在0K時具有很高的剩餘電阻。在某些非晶態合金中（如PdSiCr），電阻在電阻溫度曲線T=Tm時存在一個極小值，當T

現已報道的非晶態急冷超導合金有15種，其超導轉變溫度為1.5～8.71K，比晶態超導體為低，其特點是耐輻照能力遠比晶態為強。以過渡金屬（鐵、鈷、鎳）為基質的金屬玻璃具有優異的軟磁性能(見磁性材料)，高導磁率和低交流損耗，遠優於商用硅鋼片，可和坡莫合金相比，如(Fe4Co96)(P16B6Al3)非晶態合金的矯頑力Hc≈0.13Oe，剩磁Br≈4500G,有可能廣泛應用於高、低頻變壓器（部分代替硅鋼片和坡莫合金）、磁感測器、記錄磁頭、磁屏蔽材料等。

經過研究，玻璃內部結構沒有“空間點陣”特點，而與液態的結構類似。只不過“類晶區”彼此不能移動，造成玻璃沒有流動性。我們將這種狀態稱為“非晶態”。嚴格地說，“非晶態固體”不屬於固體，因為固體專指晶體；它可以看作一種極粘稠的液體。因此，“非晶態”可以作為另一種物態提出來。除普通玻璃外，“非晶態”固體還很多，常見的有橡膠、石蠟、天然樹脂、瀝青和高分子塑料等。

材料種類

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非晶態材料的種類很多，硅土(SiO2)，以及硅土和Al、Na、Mg、Ca等元素的氧化物的混合物構成最古老、最重要的無機玻璃，一些ⅤA-ⅥA和ⅦA族元素的混合物也較容易得到其玻璃態（如硫系玻璃）。

除傳統的玻璃和新近迅速發展的金屬玻璃外，還包括非晶態半導體、非晶態高聚合物、非晶態電介質、非晶態離子導體等。

應用

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近20多年來，由於非晶態材料優異的物理、化學特性和廣泛的技術應用，使其得到了迅速的發展，成為一大類重要的新型固體材料。