結晶とアモルファス: 違いと比較

結晶材料は、長距離周期性を備えた高度に秩序化された原子構造を持ち、その結果、独特の幾何学模様と鋭い融点が得られます。逆に、アモルファス材料は長距離秩序を欠き、明確な融点のない無秩序な原子配列を示し、等方性の特性と非結晶構造を示します。

主要な取り組み

1. 構造: 結晶性物質は明確な秩序構造を持っていますが、非晶質物質はこの秩序だった配置を欠いています。
2. 特性: 結晶性物質は鋭い融点とそれらを識別するために使用できる独自の特性を持っていますが、アモルファス材料はより可変的な特性を持っています。
3. 形成: 結晶性物質は、溶融物質の徐冷または自然結晶化によって形成されます。 非晶質材料は、溶融物質を急速に冷却するか、不純物を添加することによって形成されます。

結晶性と非晶性

結晶性固体は、特定のパターンまたは格子構造に配置された原子の高度に規則的で反復的な配置を持っています。 非晶質固体は、無秩序で不規則な原子の配置を持ち、明確に定義された表面と形状を欠いているため、等方性になります。

比較表

特徴	結晶質の	アモルファス
原子の配置	高度に秩序があり、繰り返しがあり、繰り返しの単位胞を持つ明確な構造を形成します。	長距離の秩序が欠けており、原子がランダムに配置されているか、短距離の非反復パターンで配置されています。
外観	多くの場合、立方体、角柱、針などの明確な形状を持っています。	通常、不規則な非結晶性の外観を持ちます。
融点	特定の温度で鋭い融点を持ちます。	完全に溶融する前に、一定の温度範囲にわたって徐々に軟化します。
切断	規則正しい構造により、特定の弱点面に沿って破壊する可能性があります。	原子がランダムに配置されているため、簡単には切断できません。
硬度	規則正しい構造における強い原子間力のため、一般的により硬く、より脆くなります。	ランダムな配置では原子間力が弱くなるため、一般的により柔らかく、より柔軟になります。
電気伝導性	材料に応じて、優れた導体にも絶縁体にもなります。	通常、電気の導体が不良です。
例	ダイヤモンド、石英、塩（NaCl）、金属	ガラス、ゴム、プラスチック、はちみつ

クリスタリンとは何？

結晶材料は固体物理学の基本的なクラスを構成し、高度に秩序だった原子配列を特徴とします。それらの構造を理解するには、その複雑な分子組織とその結果として生じる巨視的特性を詳しく調べる必要があります。

原子の配置

結晶固体の中心には、結晶格子として知られる原子または分子の繰り返しの三次元配列があります。この格子構造は材料全体に広がり、全方向に周期的に繰り返される均一なパターンを示します。格子内の原子の正確な配置によって、各結晶物質の固有の特性が決まります。

長距離注文

結晶材料の際立った特徴の 1 つは、その長距離秩序であり、原子の配列が材料内の長距離にわたって持続します。この秩序性により、結晶の特徴的なファセットに明らかな、独特の幾何学的形状と対称性が生じます。

鋭い融点

結晶性物質は、格子内の原子の規則的な配置の結果として、明確に定義された融点を示します。温度の上昇にさらされると、熱エネルギーは最終的に格子を保持している分子間力に打ち勝ち、特定の温度で固体状態から液体状態への突然の転移を引き起こします。

構造特性

結晶材料の高度に規則正しい原子構造は、結晶材料に異方性を含むさまざまな構造特性を与え、その物理特性は方向によって変化します。さらに、この組織は X 線や電子などの特定の波の伝播を促進し、構造解析の強力なツールとして機能する特徴的な回折パターンをもたらします。

例

結晶材料には、一般的な食塩 (塩化ナトリウム) や石英から、鉄やダイヤモンドなどの金属に至るまで、幅広い物質が含まれます。それぞれが異なる結晶構造を示し、材料科学、化学、工学などのさまざまな分野にわたる独自の特性と用途に貢献します。

アモルファスとは？

アモルファス材料は、原子配列における長距離秩序の欠如を特徴とする多様な種類の物質を表します。この独特の構造的特徴により、独特の特性と挙動が生じ、対応する結晶とは区別されます。

乱れた原子構造

アモルファス材料の中心には、結晶固体に見られる繰り返しパターンのない、無秩序な原子または分子配列が存在します。材料全体に広がる明確な結晶格子を示す結晶材料とは異なり、非晶質材料にはそのような長距離秩序がありません。その代わりに、原子の位置には周期性が欠けており、その結果、ランダムで不規​​則な分布が生じます。

鋭い融点の不在

鋭い融点を持つ結晶性物質とは異なり、非晶質物質は、一定範囲の温度にわたって固体状態から液体状態に徐々に変化します。この挙動は、明確に定義された結晶格子が存在しないことに起因し、材料が突然の相転移ではなく、徐々に軟化して流動することがエネルギー的に有利になります。

等方性の性質

アモルファス材料は等方性の特性を示します。これは、その物理的特性が全方向で均一に保たれることを意味します。この等方性は、結晶固体に見られる優先原子配向または結晶軸の欠如から生じます。その結果、アモルファス材料では、熱伝導率、屈折率、機械的強度などの特性に方向依存性が見られません。

構造的特徴

アモルファス材料の無秩序な性質により、短距離秩序や局所的な原子配列などの独特の構造特性が生じます。これらの材料は長距離秩序を欠いていますが、それでもある程度の短距離秩序または限定された距離にわたる原子のクラスタリングを示す可能性があります。これらの局所的な構造特徴を理解することは、アモルファス材料の特性と挙動を解明するために重要です。

例と応用例

アモルファス材料は、ガラス、ポリマー、薄膜など、さまざまな分野で応用されています。一般的な例としては、窓ガラス、特定のプラスチック、電子機器で使用される薄膜コーティングなどが挙げられます。これらの材料の無秩序な原子構造は、透明性、柔軟性、耐食性などの望ましい特性を材料に与え、多くの技術的用途において非常に貴重なものとなっています。

結晶とアモルファスの主な違い

• 原子の配置:
  • 結晶質: 繰り返しの三次元格子を持つ高度に秩序化された原子構造を持っています。
  • アモルファス: 長距離秩序が欠けており、定義された格子構造のない無秩序な原子配列を示します。
• 融点:
  • 結晶質: 原子が規則正しく配置されているため、明確で明確な融点を示します。
  • アモルファス: 明確な格子構造が存在しないため、一定の温度範囲にわたって固体状態から液体状態に徐々に変化します。
• 構造特性:
  • 結晶性: 異方性特性と特徴的な回折パターンを表示します。
  • アモルファス：物理的特性に方向依存性のない等方性の性質を示します。
• 例:
  • 結晶質: 石英、ダイヤモンド、金属などの物質が含まれており、独特の幾何学的形状と対称性を示します。
  • アモルファス: ガラス、特定のポリマー、薄膜などの材料を含み、長距離秩序を欠いていますが、透明性や柔軟性などの独特の特性を持っています。

参考文献

1. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0169409X01000977
2. https://books.google.com/books?hl=en&lr=&id=Pl1b_yhKH-YC&oi=fnd&pg=PP1&dq=crystalline&ots=d7r_cEFX-f&sig=yfunsduS0YhIFEujbVKyNyTgUKc
3. https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/00018738600101911
4. https://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.1659873

最終更新日 : 03 年 2024 月 XNUMX 日