جامد آمورف

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو

در فیزیک ماده چگال و علم مواد جامد آمورف یا اَریخت[۱]، جامدی است که در آن اجزای تشکیل‌دهنده (اتم‌ها/مولکول‌ها) برخلاف مواد بلورین نظم بلنددامنه نداشته و فقط نظم کوتاه‌برد دارند.

همهٔ مواد را می‌توان با جلوگیری از تبلورشان به‌صورت آمورف درآورد، به این صورت که باید سرعت سرمایش برای تبدیل فاز مایع به جامد به‌قدری بالا باشد که اتم‌ها فرصت حرکت و چیده شدن به‌صورت بلوری در کنار یکدیگر را نداشته باشند. از شیشه‌ها می‌توان به‌عنوان نمونه ی مناسبی در این زمینه اشاره کرد.

در مواد کریستالی به هنگام گرم‌کردن، جامد مستقیماً به فاز مایع تبدیل می‌شود، اما در مواد آمورف، در میانهٔ گرمایش، ابتدا جامد ترد تبدیل به جامد نرم می‌شود و سپس با ادامهٔ گرمایش ذوب رخ می‌دهد. دمایی که در آن جامد ترد به نرم تبدیل می‌شود را دمای انتقال شیشه می‌نامند.

مواد نانو ساختار[ویرایش]

حتی مواد آمورف دارای مقداری نظم کوتاه برد در طول اتمی بخاطر طبیعت پیوند شیمیایی می باشند. بنابراین، در بسیار از کریستال ها، مقدار زیادی از اتم ها، کریستال اند؛ سستی سطح و تاثیرات فضایی مکان اتم ها را تغییر می دهد، و در واقع نظم اتم ها را تحریف می کند، که با این کار، نظم ساختاری به هم میریزد. حتی پیچیده ترین تکنیک های مرتب سازی ساختاری، همچون انکسار اشعه x و میکروسکوپ انتقال الکترونی، در تمایز میان آمورف ها و ساختارهای کریستالی در این بازه طولی مشکل دارند.

فیلم های نازک آمورف[ویرایش]

فاز های آمورفی، اجزاء مهم فیلم های نازک هستند، که لایه های جامد یکدست از چند نانو متر تا چند میکرو متر، در یک لایه قطر دارند. مدل هایی که به آنها مدل های ساختار منطقه می گویند، ساخته شده اند تا میکرو ساختار و سرامیک های فیلم های نازک را به عنوان تابع ای از دمای همگن Th که ضریب میزان کاهش دما در طول دمای دمای ذوب است را توضیح دهد. با توجه به این مدل ها، شرایط لازم ( نه کافی ) برای بوجود آمدن فاز های آمورف این است که Thباید از 0.3 کمتر باشد، در واقع، میزان کاهش دما باید کمتر از 30% از دمای ذوب باشد. برای مقادیر بیشتر، انتشار سطحی گونه های موجود اتمی ممکن است اجازه تشکیل کریستال هایی با نظم اتمی بلند دامنه را بدهند.

با توجه به استفاده آنها، لایه های فلزی آمورفی نقش مهمی در بحث از یک ابر رسانایی در آهن های آمورف اجرا کرده اند. امروزه، پوشش اپتیکال ساخته شده از  TiO2, SiO2, Ta2O5 و ... و ترکیب هایی از آنها در بیشتر موارد از فاز های آمورفی از این ترکیبات تشکیل شده است. تحقیقات زیادی بر روی فیلم های نازک آمورفی به عنوان یک لایه جدا شونده گازی اجرا شده است. از نظر تکنولوژی، مهم ترین فیلم نازک آمورفی، احتمالاً توسط لایه های نازک SiO2 به قطر چند نانو متر که به عنوان جداساز بر روی کانال هدایت از یک اکسید فلز نیمه هادی ترانزیستور میدان اثر (MOSFET) عمل میکنند، معرفی می شوند. همچنین سیلیکون آمورفی هیدروژنه، برای فیلم نازک سلول های خورشیدی از اهمیت فنی برخوردار است. در مورد یک Si:H نظم بلند دامنه مفقود بین اتم های سیلیکون توسط حضور هیدروژن در بازه درصدی به صورت جزئی القا شده است.

تشکیل فاز های آمورفی به عنوان یک پدیده علاقه خاص برای تحقیق رشد فیلم نازک مشخص شد. نکته قابل توجه این است که رشد فیلم های پلی کریستالی معمولا توسط یک لایه آمورفی اولیه ایجاد و استفاده می شود. قطر آن تنها می‌تواند چند نانو متر باشد. مثالی که بیشتر مورد بررسی قرار گرفته توسط فیلم های نازک سیلیکونی چند کریستاله همچون مولکول‌های بی نظیر بیان شده است . یک لایه آمورفی اولیه در بسیاری از تحقیقات دیده شده است. پلی کریستال های گوه مانند، توسط میکروسکوپ های انتقال الکترونی تشخیص داده شده اند تا تنها بعد از اینکه قسمت دوم از یک قطر مشخص تجاوز کرد فاز آمورفی رشد می کند. میزان دقیق آن به درجه حرارت رسوب،فشار پس زمینه و پارامتر های پروسه دیگر بستگی دارد. این پدیده در قالب قانون استوالد از سطح ها تفسیر شده است که تشکیل فاز ها با افزایش زمان تراکم به سمت افزایش ثبات را پیش بینی می کند. تحقیقات آزمایشگاهی از این پدیده نیازمند یک حالت به وضوح تعریف شده از سطح و از چگالی آلودگی و ... می باشد که در آن فیلم نازک ته نشین شده باشد.

دسته بندی جامدها به بلوری (کریستالن) و بی شکل (آمورف)[ویرایش]

هنگامی که بحث درباره جامدات مکان های اتم ها، مولکول‌ها یا یون ها را در فضا ثابت در نظر گرفته میشود. با این فرضیه، اجزای یک جامد می‌تواند دو حالت کلی داشته باشد: (۱) آنها می توانند یک ساختار سه بعدی منظم را تشکیل دهند با عنوان شبکه بلوری (crystal lattice) شناخته می‌شود که قرارگیری این شبکه های بلوری منظم در کنار هم، باعث تولید جامد کریستالی می شود. (۲) یا اینکه می توانند بدون نظم خاصی در کنار یک دیگر قرار بگیرند که باعث تشکیل ماده آمورف یا بی شکل می شود. در حالت بی نظمی، دیگر شبکه بلوری (crystal lattice) وجود ندارد.

مقایسه نقطه ذوب مواد کریستالی با آمورف[ویرایش]

کریستال ها (جامدهای بلوری یا منظم) بر خلاف مواد بی شکل (آمورف) دمای ذوب نسبتاٌ مشخصی دارند زیرا تمام مولفه های اتمی، مولکول‌ها یا یون ها دارای همسایگانی با تعداد، نوع و فاصله مشابهی هستند . بنابراین نیروهای بین مولکولی ای که اجزا را در کنار هم نگه داشته اند یکنواخت و یکسان هستند. برای ذوب شدن ماده، غلبه بر این نیروهای یکنواخت نیاز است و از آنجا که برای غلبه بر این نیروهای یکسان، انرژی مشخصی نیاز است در نتیجه کریستال ها نقطه ذوب نسبتا مشخصی دارند.

مقایسه چینش ریز ذره ای مواد کریستالی با آمورف[ویرایش]

در جامدات کریستالی اتم ها به صورت مرتب و با نظم مشخصی در کنار یکدیگر قرار گرفته اند – نیرویی که اجزای یک ماده را در کنار هم نگه می دارد همان نیروی یکنواخت بین مولکولی و اتمی است – در حالی که اجزای جامدات بی شکل ( یا آمورف) به صورت آرایه های منظم در کنار هم مرتب نشده اند و نظم خاصی ندارند. شکل سه بعدی زیر دید زیبایی از چینش های منظم و نامنظم را به صورت سه بعدی به ما می دهد.

منابع[ویرایش]

  1. مصوب فرهنگستان زبان فارسی
J. Zarzycki: Les verres et l'état vitreux. Paris: Masson 1982. English translation available.

^ Ojovan, Michael I.; Lee, William E. (2010). "Connectivity and glass transition in disordered oxide systems". J. Non-Cryst. Solids. 356 (44-49): 2534–2540. Bibcode:2010JNCS..356.2534O. doi:10.1016/j.jnoncrysol.2010.05.012. ^ Movchan, B. A.; Demchishin, A. V. (1969). "Study of the structure and properties of thick vacuum condensates of nickel, titanium, tungsten, aluminium oxide and zirconium dioxide". Phys. Met. Metallogr. 28: 83–90. Russian-language version: Fiz. Metal Metalloved (1969) 28: 653-660. ^ Thornton, John A. (1974). "Influence of apparatus geometry and deposition conditions on the structure and topography of thick sputtered coatings". J. Vac. Sci. Technol. 11 (4): 666–670. Bibcode:1974JVST...11..666T. doi:10.1116/1.1312732. ^ to: a b Buckel, W. (1961). "The influence of crystal bonds on film growth". Elektrische en Magnetische Eigenschappen van dunne Metallaagies. Leuven, Belgium. ^ de Vos, Renate M.; Verweij, Henk (1998). "High-Selectivity, High-Flux Silica Membranes for Gas Separation". Science. 279 (5357): 1710–1711. Bibcode:1998Sci...279.1710D. doi:10.1126/science.279.5357.1710. PMID 9497287. ^ "Glaserei Knoke - Ihr Glaser in Hannover". glaserei-knoke.de. Retrieved 26 November 2016. ^ Magnuson, Martin; Andersson, Matilda; Lu, Jun; Hultman, Lars; Jansson, Ulf (2012). "Electronic structure and chemical bonding of amorphous chromium carbide thin films". J. Phys. Condens. Matter. 24 (22): 225004. arXiv:1205.0678 Freely accessible. Bibcode:2012JPCM...24v5004M. doi:10.1088/0953-8984/24/22/225004. PMID 22553115. ^ to: a b Birkholz, M.; Selle, B.; Fuhs, W.; Christiansen, S.; Strunk, H. P.; Reich, R. (2001). "Amorphous-crystalline phase transition during the growth of thin films: The case of microcrystalline silicon" (PDF). Phys. Rev. B. 64 (8): 085402. Bibcode:2001PhRvB..64h5402B. doi:10.1103/PhysRevB.64.085402. ^ Ostwald, Wilhelm (1897). "Studien über die Bildung und Umwandlung fester Körper" (PDF). Z. Phys. Chem. (in German). 22: 289–330. doi:10.1515/zpch-1897-2233.