固體相變（phase transition of solid）是指在一定的溫度、壓強（有時也在一定的電場或磁場）作用下，固體由一個相到另一個相的轉變。固體可因某個物理量的不同而處於不同的相，也可由於原子排列方式即晶體結構的不同而處於不同的相。前者如超導體的正常相與超導相。後者如冰 在常壓下可有三種不同的晶體結構，因而有三個不同的相：在0—－80℃時，分子以六角形形式排列，稱為Ih相；在－80—－130℃左右，水蒸氣 可在基板上形成分子以立方體形式排列的結構，稱為Ic相；當基板溫度下降至－140℃時，水蒸氣在其上形成分子排列雜亂的非晶相。在高壓下，冰可以有更多的相。由幾種不同化學組分構成的固體（如合金），可因結構的不同而具有許多相。如由鋅（Zn）、及銅（Cu）構成的黃銅合金，當Zn原子百分比小於38%時，原子按面心立方體形式排列，稱α相；當Zn原子百分比達50%左右時，原子按體心立方體形式排列，稱β相；當Zn原子百分比分別是62%及75%時，原子分別以複雜立方體及六角形排列，分別稱為γ相及ε相。
基本介紹
- 中文名：固體相變
- 外文名：phase transition of solid
- 特徵：固體由一個相到另一個相的轉變
順磁–鐵磁相變,正常–超導相變,順電–鐵電相變,合金相變,物理性質突變,
順磁–鐵磁相變
過渡元素原子因其電子內殼層未滿而具有一定的原子（離子）磁矩。由於原子（離子）間的量子相互作用，常使它們的原子（離子）磁矩方向排列一致，使固體呈現巨觀的自發磁化強度，即處於鐵磁相。溫度上升時，原子（離子）磁矩的方向受到熱擾動，自發磁化強度減小。溫度上升至某定值時，熱擾動可使原子（離子）磁矩的方向變得雜亂無章，固體的巨觀自發磁化強度變為零，這一磁性狀態稱為順磁相。相變是可逆的，原來處於順磁相的鐵磁體，溫度下降至某一定值時轉變成鐵磁相。相變溫度常稱為居里溫度。順磁–鐵磁相變前後晶格結構基本上不發生變化。
正常–超導相變
處於正常相的超導體與一般的金屬相同，體內的自由電子在外電場驅動下運動時，常與晶格熱振動相互作用形成阻力，因而存在有電阻。溫度降至某一定值後，超導體中自旋相反和動量相等的二個電子可通過晶格熱振動的媒介作用結合成庫珀電子對。它們在外電場作用下運動時不再受到晶格熱振動的阻力，使電阻趨近於零，即轉變成超導相。超導相變時的相變溫度稱為臨界溫度。外磁場對超導相變有很大的影響。溫度低於臨界溫度時，物體應處於超導相，但若對它施加外磁場，當外磁場的磁場強度增大到某一定值Hc時，可使超導相轉變成正常相。常稱Hc為臨界磁場強度。
順電–鐵電相變
由正負離子組成的固體，通常情況下周圍的負（正）離子的分布都是對稱的，總的電偶極矩為零，不存在巨觀的自發極化強度，相應於順電相。溫度降低至某一定值時，固體中正（或負）離子會發生稍微的位移，使它們周圍異性離子的分布不再對稱，產生電偶極矩，在巨觀上出現自發極化強度，相應於鐵電相。原子間化學價鍵中的電子位置的偏移也可引起電偶極矩。較高溫度下電子位置偏移的方向雜亂無章，由此引起的電偶極矩的方向也雜亂無章，結果它們相互抵消，不形成巨觀的自發極化強度。溫度下降至某一定值時電子位置偏移變得有一定次序，形成巨觀的自發極化強度，使固體由順電相轉變成鐵電相。對於前者相變的鐵電體常稱為位移型鐵電體，對於後者相變的鐵電體常稱為無序–有序型鐵電體。在順電–鐵電相變中，某些鐵電體的晶格結構發生變化。鐵電體的相變溫度又稱居里溫度。
合金相變
物理性質突變
相變前後物體的許多物理性質會發生突變，據此常把相變分成好多類，但最常見的是一級相變與二級相變（見相和相變）。一級相變時，物體的廣延量（與粒子數成正比的物理量，如內能、熵、體積等）在相變前後發生突變。它的最顯著特徵是相變前後伴有放熱或吸熱（潛熱）。二級相變時物體的廣延量不發生突變，但它們對溫度或壓強的導數在相變前後發生突變，如比熱、熱膨脹係數、壓縮係數等會發生突變。二級相變時不伴隨有潛熱。固體相變中的順磁–鐵磁相變屬二級相變，沒有潛熱發生。沒有外磁場存在時的超導相變亦為二級相變，但外磁場下的超導相變屬一級相變。對於順電–鐵電相變，部分屬一級相變，部分屬二級相變。常見的位移型鐵電體BaTiO3的相變屬一級相變，而無序–有序型鐵電體KH2PO4的相變屬二級相變。
