無定形

無定形概念屬於凝聚態物理和材料科學學科範疇。無定形源於希臘語，在以往描述中與“玻璃態”一詞同義。無定形是指一些非完全晶體無定形區（非晶區）的結構或者一些無定形固體（非晶體）的構成方式。很多可以構成晶體的物質都存在無定形態，反應活性也一般大於同物質的晶體。常見的無定形物包括聚合物、凝膠、薄膜和玻璃等。通常而言，無定形材料具有較低的韌性。

基本介紹

• 中文名：無定形
• 外文名：Amorphous
• 特徵：無定形、晶體

無定形態

無定形區是由因構象複雜而未能結晶的分子和由於分子量的差異而被排斥於微晶之外的分子，以及束縛分子等組成。 分子鏈平行有序排列的為結晶區，鬆弛不規則聚集的為無定形區。

無定形固體又稱無定形體或玻璃體。其內部原子或分子的排列無周期性，如同液體那樣雜亂無章地分布，可看作過冷液體，如玻璃、松香、明膠等。非晶態固體有如下通性；巨觀性質具有均勻性，這種均勻性來源於原子無序分布的統計性規律；物理性質一般不隨測定方向而變，稱為各向同性；不能自發地形成多面體外形；無固定的熔點；由於無周期性結構，不能對X射線產生衍射效應。

常見的無定形物質

無定形碳

指木炭、焦炭、骨炭、糖炭、活性炭和炭黑等。除骨炭含碳在10%左右以外，其餘主要成分都是單質碳。煤炭是天然存在的無定形碳，其中含有一些由碳、氫、氮等組成的化合物。所謂無定形碳，並不是指這些物質存在的形狀，而是指其內部結構。實際上它們的內部結構並不是真正的無定形體，而是具有和石墨一樣結構的晶體，只是由碳原子六角形環狀平面形成的層狀結構零亂而不規則，晶體形成有缺陷，而且晶粒微小，含有少量雜質。

無定形碳

無定形矽

無定形矽(a-Si)又稱非晶矽，是矽的一種同素異形體。晶體矽通常呈正四面體排列，每一個矽原子位於正四面體的頂點，並與另外四個矽原子以共價鍵緊密結合。這種結構可以延展得非常龐大，從而形成穩定的晶格結構。而無定性矽不存在這種延展開的晶格結構，原子間的晶格網路呈無序排列。換言之，並非所有的原子都與其它原子嚴格地按照正四面體排列。由於這種不穩定性，無定形矽中的部分原子含有懸空鍵(dangling bond)。這些懸空鍵對矽作為導體的性質有很大的負面影響。然而，這些懸空鍵可以被氫所填充，經氫化之後，無定形矽的懸空鍵密度會顯著減小，並足以達到半導體材料的標準。但很不如願的一點是，在光的照射下，氫化無定形矽的導電性能將會顯著衰退，這種特性被稱為SWE效應（Staebler-Wronski Effect）。

無定形矽

無定形碳酸鈣

研究表明：一種有機小分子可以穩定無定形碳酸鈣，研究了對無定形碳酸鈣的穩定作用以及結晶生長控制，探討了其穩定的無定形碳酸鈣結晶轉化的機理;嘗試使用聚丙烯酸穩定的無定形碳酸鈣進行了水處理套用的研究;同時，發現了一種很好的染料分子可用於無定形碳酸鈣的染色，並研究了結晶轉化過程中染料的轉移情況。所取得的主要研究成果如下：在氣相擴散實驗中，發現一種低分子量的有機分子——1,3-二氨基-2-羥基丙烷-N,N,N’,N’-四乙酸至少能在三天內使無定形碳酸鈣保持穩定而不發生晶形轉變。系統地研究了1,3-二氨基-2-羥基丙烷-N,N,N’,N’-四乙酸穩定的無定形碳酸鈣從穩定到結晶轉變的過程。

通過選擇性的中斷反應，成功捕獲了無定形碳酸鈣的成核區域與反應中間態。發現無定形碳酸鈣存在兩種形式，其一能夠在基底上形成密堆積層，在此層可以導致成核的出現；另一種則形成類球狀聚集體，成核開始後，此聚集體即從內部溶解，進而消失。在結晶過程中，發現在基底上形成的結晶中間體表現為纖維狀聚集態，且整體顯示出從棒到啞鈴最終到球形的轉變過程。在機理上，提出了選擇性吸附和介觀晶體轉變在無定形碳酸鈣的轉變過程中起了決定性的作用。

同時還研究了聚丙烯酸穩定的無定形碳酸鈣在去除水溶液中有毒重金屬離子中的套用。研究結果表明，最大去除量分別是514.62 mg Cd/g，1028.21 mg Pb/g，258.85 mg Cr/g，320.5 mg Fe/g，537.2 mg Ni/g，無定形碳酸鈣不僅能大量去除水中重金屬離子，還能去除痕量金屬離子。

無定形碳酸鈣

玻璃態水

據美國Science雜誌報導，美國亞利桑那州立大學的研究人員最近宣稱，液態的水大約在165K就可以轉變成玻璃態，大大高於原先認為的136K（約-137℃）。要使水變為玻璃態，必須急速冷卻到-108℃。玻璃態是一種冷的液態，即液態水在攝氏零度以下不結冰而保持液態。玻璃態的水和冰不一樣，它無固定的形狀，不存在晶體結構。與固態相比，它更像一種極端粘滯、呈現固態的液體。水的玻璃態密度與液態密度相同。

玻璃態水