Amorfnost

С Википедије, слободне енциклопедије
Пређи на навигацију Пређи на претрагу

U fizici kondenzovanih materija i nauci o materijalima, amorfna (od grčkog a, „bez”, morphé, oblik, forma) ili nekristalna čvrsta supstanca je čvrsta materija kojoj nedostaje dalekosežnije uređenje, poput onog karakterističnog za kristale. U nekim starijim knjigama ovaj termin je korišten kao sinonim za staklo. U današnje vreme se „staklena čvrsta supstanca” ili „amorfna čvrsta supstanca” smatra sveobuhvatnijim konceptom, a staklo posebnijim slučajem. Staklo je amorfna čvrsta supstanca koja pokazuje staklenu tranziciju.[1] Polimeri su često amorfni. Ostale vrste amorfnih čvrstih materija uključuju gelove, tanke filmove i nanostrukturne materijale poput stakla.

Amorfni materijali imaju unutrašnju strukturu napravljenu od međusobno povezanih strukturnih blokova. Ovi blokovi mogu biti slični osnovnim strukturalnim jedinicama koje se nalaze u odgovarajućoj kristalnoj fazi istog jedinjenja.[2] Da li je materijal tečan ili čvrst, pre svega zavisi od povezanosti njegovih elementarnih blokova, tako da čvrste materije karakteriše visok stepen povezivanja, dok strukturalni blokovi u tečnostima imaju nižu povezanost.[3]

U farmaceutskoj industriji se pokazalo da amorfni lekovi imaju veću bioraspoloživost od njihovih kristalnih ekvivalenata, zbog visoke rastvorljivosti amorfne faze. Štaviše, određena jedinjenja mogu biti podložiti taloženju u svom amorfnom obliku in vivo, i mogu uzrokovati međusobno smanjenje bioraspoloživosti ako se primenjuju zajedno.[4][5]

Za čvrstu supstancu se kaže da je amorfna ako njene čestice nisu uređene kao kod kristala. Primjeri amorfnih tijela su staklo, gelovi, tanki filmovi i nanostrukturni materijali. Amorfne supstance imaju određenu uređenost čestica samo na kraćim rastojanjima, ali ne postoji uređenost u cijelom prostoru. Kod kristalnih supstanci postoji pravilnost u prostoru u rasporedu čestica, i jačine veza između čestica su jednake, zbog toga pri zagrijavanju kristala veze između čestica se raskidaju naglo na određenoj temperaturi, i kristali imaju tačno određenu temperaturu topljenja. S druge strane kod amorfnih supstanci rastojanja između čestica nisu jednake u svim dijelovima, zbog toga nisu jednake ni privlačne sile između pojedinih čestica, i zbog toga pri zagrijavanju amorfnih supstanci ne postoji nagli prelaz iz čvrstog u tečno stanje na određenoj temperaturi, već pri zagrijavanju prvo omekšavaju, a zatim se tope u određenom temperaturnom intervalu. Čestice kod amorfnih supstanci su raspoređene haotično i u čvrstom stanju, s tim što je pokretljivost čestica u tečnom stanju je znatno veća. Zbog toga se stakla nekad nazivaju prehlađenim tečnostima.

Nanostrukturni materijali[уреди | уреди извор]

Ako je veličina kristala mala onda je teško napraviti razliku između amorfnih tijela i kristala. I amorfna tijela imaju neku uređenost čestica na malim rastojanjima atomskih veličina zbog prirode hemijskih veza. Takođe u veoma malim kristalima veliki broj molekula je raspoređeno uglavnom na površini ili blizu površine, zato što efekti dejstva površine vrše distorziju pozicije čestica što smanjuje uređenost čestica. Čak i pri najnaprednijim tehnikama određivanja strukture, kao što je difrakcija X zracima i prenos elektronskim mikroskopom, postoji teškoća pri određivanju da li se radi o kristalnom ili amorfnom tijelu na dužinama koje su atomskog reda.

Amorfni tanki filmovi[уреди | уреди извор]

Amorfne faze su vazni dijelovi tankih filmova, koji su čvrsti slojevi debljine nekoliko nanometara do nekoliko desetina mikrometara koji su naneseni na supstrat. Za opisivanje mikrostrukture keramike i tankih filmova su razvijeni strukturni modeli zona kao funkcije homologne temperature Tk koja predstavlja odnos temperature taloženja i temperature topljenja.[6][7] Prema ovim modelima potreban (ali ne i dovoljan uslov) za pojavljivanje amorfne faze je da Tk mora biti manje od 0,3 tj. da temperatura taloženja mora biti niza od 30% temperature topljenja. Za veće vrijednosti, površinska difuzija izdvojenih atomskih vrsta bi omogućila formiranje kristala sa visokom uređenoscu atoma.

Što se tiče specifične primene, amorfni metalni slojevi su igrali važnu ulogu u diskusiji o superprovodljivosti amorfnih metala.[8][9] Superprevodljivost amorfnih metala, uključujući amorfne metalne tanke filmove, sada se smatra da nastaje zahvaljujući fononski-posredovanom Kuperovom uparivanju, a uloga strukturalnog poremećaja može se racionalizovati na osnovu jakog-uparivanja Eliašbergove teorije superprovodljivosti.[10] Danas se optički pokrovni slojevi koji se prave od TiO2, SiO2, Ta2O5 itd, i njihovih kombinacija, većinom se sastoje od amorfnih faza ovih komponenata. Tanki amorfni filmovi se takođe primjenjuju za razdvajanje gasa kod membranski slojevi.[11] Oni su uglavnom napravljeni od tankog sloja SiO2, čija debljina ne premašuje nekoliko nm, i koji služe kao izolator iznad provodnog kanala MOSFET-a. Takođe, hidrogenizovani amorfni silicijum tj. a-Si:H ima tehničku primjenu u solarnim ćelijama na bazi tankih filmova. Kod a-Si:H nedostatak uređenosti između atoma silicijuma se javlja zbog prisustva vodonika u vidu nekoliko procenata.

Pojavljivanje amorfnih faza je takođe vazno u proučavanju rasta tankih filmova.[12] Rast polikristalnih filmova često počinje amorfnim slojem, čija debljina može biti samo nekoliko nm. Najbolje ispitan primjer je tanki polikristalni silicijumski film gdje je početni amorfni sloj posmatran u mnogim ispitivanjima.[13] Komadi polikristala su identifikovani pomoću transmisionog elektronskog mikroskopa i uočeno je da rastu iz amorfnog sloja nakon što amorfni sloj dostigne određenu debljinu, čija precizna vrijednost zavisi od temperature izdvajanja, pritiska i raznih drugih parametara. Ovaj fenomen je interpretiran u okviru Ostvladovih pravila o stanjima koje predviđa[14] formiranje manje stabilnih faza koje tokom vremena kondenzacija prelaze u stabilnije oblike.[9][13] Eksperimentalna proučavanja ovog fenomena zahtijevaju određeno stanje površine supstrata i njegovu gustinu nakon koje se stvara tanki film.

Reference[уреди | уреди извор]

  1. ^ J. Zarzycki: Les verres et l'état vitreux. Paris: Masson 1982. English translation available.
  2. ^ Mavračić, Juraj; Mocanu, Felix C.; Deringer, Volker L.; Csányi, Gábor; Elliott, Stephen R. (2018). „Similarity Between Amorphous and Crystalline Phases: The Case of TiO₂”. J. Phys. Chem. Lett. 9 (11): 2985—2990. PMID 29763315. doi:10.1021/acs.jpclett.8b01067Слободан приступ. 
  3. ^ 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. 
  4. ^ Hsieh, Yi-Ling; Ilevbare, Grace A.; Van Eerdenbrugh, Bernard; Box, Karl J.; Sanchez-Felix, Manuel Vincente; Taylor, Lynne S. (12. 5. 2012). „pH-Induced Precipitation Behavior of Weakly Basic Compounds: Determination of Extent and Duration of Supersaturation Using Potentiometric Titration and Correlation to Solid State Properties”. Pharmaceutical Research (на језику: енглески). 29 (10): 2738—2753. ISSN 0724-8741. PMID 22580905. doi:10.1007/s11095-012-0759-8. 
  5. ^ Dengale, Swapnil Jayant; Grohganz, Holger; Rades, Thomas; Löbmann, Korbinian (maj 2016). „Recent advances in co-amorphous drug formulations”. Advanced Drug Delivery Reviews. 100: 116—125. ISSN 0169-409X. PMID 26805787. doi:10.1016/j.addr.2015.12.009. 
  6. ^ 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.
  7. ^ 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. 
  8. ^ Buckel, W.; Hilsch, R. (1956). „Supraleitung und elektrischer Widerstand neuartiger Zinn-Wismut-Legierungen”. Z. Phys. 146: 27—38. doi:10.1007/BF01326000. 
  9. 9,0 9,1 Buckel, W. (1961). „The influence of crystal bonds on film growth”. Elektrische en Magnetische Eigenschappen van dunne Metallaagies. Leuven, Belgium. 
  10. ^ Baggioli, Matteo; Setty, Chandan; Zaccone, Alessio (2018). „Effective theory of superconductivity in strongly coupled amorphous materials” (PDF). Physical Review B. 101: 214502. doi:10.1103/PhysRevB.101.214502. 
  11. ^ 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. PMID 9497287. doi:10.1126/science.279.5357.1710. 
  12. ^ 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. Bibcode:2012JPCM...24v5004M. PMID 22553115. arXiv:1205.0678Слободан приступ. doi:10.1088/0953-8984/24/22/225004. 
  13. 13,0 13,1 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. Архивирано (PDF) из оригинала на датум 31. 3. 2010. 
  14. ^ Ostwald, Wilhelm (1897). „Studien über die Bildung und Umwandlung fester Körper” (PDF). Z. Phys. Chem. (на језику: German). 22: 289—330. doi:10.1515/zpch-1897-2233. Архивирано (PDF) из оригинала на датум 8. 3. 2017. 

Literatura[уреди | уреди извор]

Spoljašnje veze[уреди | уреди извор]