近程有序

更新时间:2022-08-25 18:39

近程有序是指材料的结构在原子、分子范围内有一定规则排列。如在一个单晶体的范围内,在其晶格的一个个局部区域内,质点均呈有序分布,形成许多局限于一个个小区域内的有序结构畴,但在畴与畴之间,亦即从整个晶体范围来看,质点的分布是无序的或只是部分有序的。再如在非晶质的硅酸盐玻璃内,如果从每一个硅氧四面体的局部区域来看,离子分布的方式和间距都是一致的,这也是一种有序,即只延伸到每个配位四面体的很短的距离内的近程有序。

简介

远程无序是指固体材料的结构在宏观范围没有规则排列。比如玻璃就是这种无规则结构。晶体的结构是近程有序、远程也有序;液体的结构是近程有序而远程没有序 ;液体的结构是近程有序而远程没有序。在液体内部每个中心质点的附近的微小范围内在液体内部每个中心质点的附近的微小范围内(大约 10-20Å),认为是近程有序的。超过此范围则无规律性 。

相关研究

PAN基碳化纤维的近程有序结构演变

PAN基碳纤维制备过程中另外一个重要阶段即为碳化阶段,该阶段一般是在高纯保护下将预氧化纤维进行高温处理,生成含碳量在92%以上的PAN基碳纤维。工业生产中采用低温(300~1000°C)和高温(1000~1600°C)梯度升温碳化法,在这个过程中,纤维发生复杂的化学变化,低温碳化阶段主要是预氧化纤维中未环化的进一步环化、交联以及热解,高温碳化阶段主要发生芳构化反应,以及分子链间的收缩重排,经过一系列的化学变化,纤维由梯形结构转变为乱层石墨结构。针对碳化阶段纤维的结构转变,国内外有许多的报道,主要采用XRD、HRTEM、FTIR以及元素分析等测试方法对碳化纤维的晶态结构及化学成分等进行研究,由于测试方法的局限,对于碳纤维的近程有序结构研究较少,仍需深入研究,而掌握碳纤维制备过程中纤维在原子级别的结构演变规律对于制备高性能碳纤维具有重要的指导意义。

目前RDF已成功用于非晶态材料近程有序结构的研究,国内外许多学者利用RDF对多孔碳、富勒烯等不同类型的碳材料结构进行了研究,并取得了许多创新性研究成果。有学者利用研究易石墨化碳与难石墨化碳在石墨化阶段的结构演变,区分出近程有序结构的差异,认为RDF利用研究碳材料的近程有序结构演变是一种有效的方法。

固溶体近程有序结构

工程合金几乎都是基于固溶体,对固溶体合金结构的研究有利于发展性能更优异的新型合金。以下总结了有关固溶体合金近程有序结构的理论研究以及现有的实验检测分析方法。

在二元固溶体合金中,两类原子的物理性质和化学性质会影响到它们在结构中所处的状态。为了判断原子间是否以无序的状态进行排列,人们提出了以下几种参数。1934年Bragg和Williams定义了长程序参数S来描述A-B二元固溶体合金的长程有序:

式中:PA、PB分别为A,B原子出现在正确位置上的几率,XA,XB分别为A,B原子的摩尔分数。当PA=PB=1时,S=1表示固溶体合金完全有序;当PA=XA、PB=XB时,S=0表示固溶体合金为完全无序,这种情况在有限的温度下是达不到的。

Bethe于1935年考虑到了结构振荡,这是Bragg-Williams模型中没有涉及的。在低温下,系统为了降低能量,原子间趋向于有序分布,即使距离比较远的原子间也存在相互关联。但这种情况不适合高温,高温时远距离的原子间位置分布不会相互影响,但是依旧存在短程有序。对于A-B型二元合金,他提出了短程有序参数σ:

式中:Punlike是中心原子周围发现异类原子的几率,Plike是中心原子周围发现同类原子的几率。σ和长程有序参数S之间可以相互转化。Bethe在Bragg-Williams的基础上还计算了不同近似方法下近邻有序度σ(T)和能量的数值变化,得出长程有序度会在某一个临界温度(类似于铁磁体中的临界温度)突然消失,而物理性能则在临界温度发生变化。

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