ഗ്ലാസിൻ്റെ അടിസ്ഥാന അറിവ്

ഗ്ലാസിൻ്റെ ഘടന

ഗ്ലാസിൻ്റെ ഭൗതിക രാസ ഗുണങ്ങൾ നിർണ്ണയിക്കുന്നത് അതിൻ്റെ രാസഘടന മാത്രമല്ല, അതിൻ്റെ ഘടനയുമായി അടുത്ത ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. ഗ്ലാസിൻ്റെ ഘടന, ഘടന, ഘടന, പ്രകടനം എന്നിവ തമ്മിലുള്ള ആന്തരിക ബന്ധം മനസ്സിലാക്കുന്നതിലൂടെ മാത്രമേ, രാസഘടന, താപ ചരിത്രം അല്ലെങ്കിൽ ചില ഭൗതികവും രാസപരവുമായ ചികിത്സാ രീതികൾ ഉപയോഗിച്ച് മുൻകൂട്ടി നിശ്ചയിച്ച ഫിസിക്കോകെമിക്കൽ ഗുണങ്ങളുള്ള ഗ്ലാസ് മെറ്റീരിയലുകളോ ഉൽപ്പന്നങ്ങളോ നിർമ്മിക്കാൻ കഴിയൂ.

ഗ്ലാസിൻ്റെ സവിശേഷതകൾ

അമോർഫസ് സോളിഡിൻ്റെ ഒരു ശാഖയാണ് ഗ്ലാസ്, ഇത് ഖര മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങളുള്ള ഒരു രൂപരഹിതമായ വസ്തുവാണ്. ഇതിനെ പലപ്പോഴും "സൂപ്പർ കൂൾഡ് ലിക്വിഡ്" എന്ന് വിളിക്കുന്നു. പ്രകൃതിയിൽ, ഖരദ്രവ്യത്തിന് രണ്ട് അവസ്ഥകളുണ്ട്: നല്ല അവസ്ഥയും നല്ല അവസ്ഥയും. ഉൽപ്പാദനക്ഷമമല്ലാത്ത അവസ്ഥ എന്ന് വിളിക്കപ്പെടുന്നത്, വ്യത്യസ്ത രീതികളിലൂടെ ലഭിക്കുന്ന ഖര ദ്രവ്യത്തിൻ്റെ അവസ്ഥയാണ്, ഘടനാപരമായ ക്രമക്കേടാണ്. ഗ്ലാസി സ്റ്റേറ്റ് ഒരു തരം നിലവാരമില്ലാത്ത സോളിഡ് ആണ്. സ്ഫടികത്തിലെ ആറ്റങ്ങൾക്ക് ക്രിസ്റ്റൽ പോലെ ബഹിരാകാശത്ത് ദീർഘദൂര ക്രമത്തിലുള്ള ക്രമീകരണം ഇല്ല, എന്നാൽ അവ ദ്രാവകത്തിന് സമാനമാണ് കൂടാതെ ഹ്രസ്വ-ദൂര ക്രമത്തിലുള്ള ക്രമീകരണവുമുണ്ട്. ഗ്ലാസിന് ഒരു സോളിഡ് പോലെ ഒരു നിശ്ചിത ആകൃതി നിലനിർത്താൻ കഴിയും, എന്നാൽ സ്വന്തം ഭാരത്തിൽ ഒഴുകുന്ന ദ്രാവകം പോലെയല്ല. ഗ്ലാസി പദാർത്ഥങ്ങൾക്ക് ഇനിപ്പറയുന്ന പ്രധാന സവിശേഷതകളുണ്ട്.

(1) ഐസോട്രോപിക് ഗ്ലാസി മെറ്റീരിയലിൻ്റെ കണങ്ങളുടെ ക്രമീകരണം ക്രമരഹിതവും സ്ഥിതിവിവരക്കണക്ക് ഏകീകൃതവുമാണ്. അതിനാൽ, ഗ്ലാസിൽ ആന്തരിക സമ്മർദ്ദം ഇല്ലെങ്കിൽ, അതിൻ്റെ ഭൗതികവും രാസപരവുമായ ഗുണങ്ങൾ (കാഠിന്യം, ഇലാസ്റ്റിക് മോഡുലസ്, താപ വികാസ ഗുണകം, താപ ചാലകത, റിഫ്രാക്റ്റീവ് സൂചിക, ചാലകത മുതലായവ) എല്ലാ ദിശകളിലും തുല്യമാണ്. എന്നിരുന്നാലും, ഗ്ലാസിൽ സമ്മർദ്ദം ഉണ്ടാകുമ്പോൾ, ഘടനാപരമായ ഏകീകൃതത നശിപ്പിക്കപ്പെടും, കൂടാതെ ഗ്ലാസ് വ്യക്തമായ ഒപ്റ്റിക്കൽ പാത്ത് വ്യത്യാസം പോലെയുള്ള അനിസോട്രോപ്പി കാണിക്കും.

(2) മെറ്റാസ്റ്റബിലിറ്റി

ഗ്ലാസ് മെറ്റാസ്റ്റബിൾ അവസ്ഥയിലാകാനുള്ള കാരണം, ഉരുകുന്നത് വേഗത്തിൽ തണുപ്പിക്കുന്നതിലൂടെ ഗ്ലാസ് ലഭിക്കുന്നു എന്നതാണ്. തണുപ്പിക്കൽ പ്രക്രിയയിൽ വിസ്കോസിറ്റിയുടെ മൂർച്ചയുള്ള വർദ്ധനവ് കാരണം, പരലുകളുടെ പതിവ് ക്രമീകരണം രൂപപ്പെടുത്താൻ കണങ്ങൾക്ക് സമയമില്ല, കൂടാതെ സിസ്റ്റത്തിൻ്റെ ആന്തരിക ഊർജ്ജം ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ മൂല്യത്തിലല്ല, മറിച്ച് മെറ്റാസ്റ്റബിൾ അവസ്ഥയിലാണ്; എന്നിരുന്നാലും, ഗ്ലാസ് ഉയർന്ന ഊർജ്ജാവസ്ഥയിലാണെങ്കിലും, ഊഷ്മാവിൽ ഉയർന്ന വിസ്കോസിറ്റി കാരണം അതിന് സ്വയമേവ ഉൽപ്പന്നമായി മാറാൻ കഴിയില്ല; ചില ബാഹ്യ സാഹചര്യങ്ങളിൽ മാത്രമേ, അതായത്, ഗ്ലാസി അവസ്ഥയിൽ നിന്ന് ക്രിസ്റ്റലിൻ അവസ്ഥയിലേക്കുള്ള മെറ്റീരിയലിൻ്റെ സാധ്യതയുള്ള തടസ്സത്തെ നമ്മൾ മറികടക്കണം, ഗ്ലാസ് വേർതിരിക്കാനാകും. അതിനാൽ, തെർമോഡൈനാമിക്സിൻ്റെ വീക്ഷണകോണിൽ നിന്ന്, ഗ്ലാസ് അവസ്ഥ അസ്ഥിരമാണ്, എന്നാൽ ചലനാത്മകതയുടെ വീക്ഷണകോണിൽ ഇത് സ്ഥിരതയുള്ളതാണ്. കുറഞ്ഞ ആന്തരിക ഊർജത്തോടെ ക്രിസ്റ്റലായി രൂപാന്തരപ്പെടുന്ന താപം സ്വയം പുറത്തുവിടുന്ന പ്രവണതയുണ്ടെങ്കിലും, ഊഷ്മാവിൽ ക്രിസ്റ്റൽ അവസ്ഥയിലേക്ക് മാറാനുള്ള സാധ്യത വളരെ ചെറുതാണ്, അതിനാൽ ഗ്ലാസ് മെറ്റാസ്റ്റബിൾ അവസ്ഥയിലാണ്.

(3) സ്ഥിരമായ ദ്രവണാങ്കമില്ല

സ്ഫടിക പദാർത്ഥത്തിൻ്റെ ഖരാവസ്ഥയിൽ നിന്ന് ദ്രാവകത്തിലേക്കുള്ള പരിവർത്തനം ഒരു നിശ്ചിത താപനില പരിധിയിൽ (പരിവർത്തന താപനില പരിധി) നടത്തുന്നു, ഇത് സ്ഫടിക പദാർത്ഥത്തിൽ നിന്ന് വ്യത്യസ്തമാണ്, സ്ഥിരമായ ദ്രവണാങ്കം ഇല്ല. ഒരു പദാർത്ഥം ഉരുകുന്നതിൽ നിന്ന് ഖരാവസ്ഥയിലേക്ക് രൂപാന്തരപ്പെടുമ്പോൾ, അത് ഒരു ക്രിസ്റ്റലൈസേഷൻ പ്രക്രിയയാണെങ്കിൽ, സിസ്റ്റത്തിൽ പുതിയ ഘട്ടങ്ങൾ രൂപപ്പെടും, കൂടാതെ ക്രിസ്റ്റലൈസേഷൻ താപനിലയും ഗുണങ്ങളും മറ്റ് പല വശങ്ങളും പെട്ടെന്ന് മാറും.

താപനില കുറയുന്നതിനനുസരിച്ച്, ഉരുകുന്നതിൻ്റെ വിസ്കോസിറ്റി വർദ്ധിക്കുന്നു, ഒടുവിൽ സോളിഡ് ഗ്ലാസ് രൂപം കൊള്ളുന്നു. സോളിഡിംഗ് പ്രക്രിയ ഒരു വിശാലമായ താപനില പരിധിയിൽ പൂർത്തിയാകുന്നു, പുതിയ പരലുകൾ രൂപപ്പെടുന്നില്ല. ഉരുകിയതിൽ നിന്ന് സോളിഡ് ഗ്ലാസിലേക്കുള്ള പരിവർത്തനത്തിൻ്റെ താപനില പരിധി ഗ്ലാസിൻ്റെ രാസഘടനയെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു, ഇത് സാധാരണയായി പതിനായിരക്കണക്കിന് മുതൽ നൂറുകണക്കിന് ഡിഗ്രി വരെ ചാഞ്ചാടുന്നു, അതിനാൽ ഗ്ലാസിന് സ്ഥിരമായ ദ്രവണാങ്കമില്ല, പക്ഷേ മൃദുവായ താപനില പരിധി മാത്രമേയുള്ളൂ. ഈ ശ്രേണിയിൽ, ഗ്ലാസ് ക്രമേണ വിസ്കോപ്ലാസ്റ്റിക് മുതൽ വിസ്കോലാസ്റ്റിക് ആയി മാറുന്നു. ഈ വസ്തുവിൻ്റെ ക്രമാനുഗതമായ മാറ്റ പ്രക്രിയയാണ് നല്ല പ്രോസസ്സബിലിറ്റിയുള്ള ഗ്ലാസിൻ്റെ അടിസ്ഥാനം.

(4) പ്രോപ്പർട്ടി മാറ്റത്തിൻ്റെ തുടർച്ചയും റിവേഴ്സിബിലിറ്റിയും

ഉരുകൽ അവസ്ഥയിൽ നിന്ന് ഖരാവസ്ഥയിലേക്കുള്ള ഗ്ലാസി മെറ്റീരിയൽ പ്രോപ്പർട്ടി മാറ്റൽ പ്രക്രിയ തുടർച്ചയായതും പഴയപടിയാക്കാവുന്നതുമാണ്, അതിൽ പ്ലാസ്റ്റിക് ആയ താപനില പ്രദേശത്തിൻ്റെ ഒരു വിഭാഗമുണ്ട്, അതിനെ "പരിവർത്തനം" അല്ലെങ്കിൽ "അസാധാരണ" മേഖല എന്ന് വിളിക്കുന്നു, അതിൽ ഗുണങ്ങൾക്ക് പ്രത്യേക മാറ്റങ്ങളുണ്ട്.

ക്രിസ്റ്റലൈസേഷൻ്റെ കാര്യത്തിൽ, ABCD, t എന്ന വക്രത്തിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ ഗുണങ്ങൾ മാറുന്നു. ഇത് മെറ്റീരിയലിൻ്റെ ദ്രവണാങ്കമാണ്. സൂപ്പർ കൂളിംഗ് വഴി ഗ്ലാസ് രൂപപ്പെടുമ്പോൾ, abkfe വക്രത്തിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ പ്രക്രിയ മാറുന്നു. T എന്നത് ഗ്ലാസ് ട്രാൻസിഷൻ താപനിലയാണ്, t എന്നത് ഗ്ലാസിൻ്റെ മൃദുത്വ താപനിലയാണ്. ഓക്സൈഡ് ഗ്ലാസിന്, ഈ രണ്ട് മൂല്യങ്ങളുമായി ബന്ധപ്പെട്ട വിസ്കോസിറ്റി ഏകദേശം 101pa · s ഉം 1005p · s ഉം ആണ്.

തകർന്ന ഗ്ലാസിൻ്റെ ഘടന സിദ്ധാന്തം

"ഗ്ലാസ് ഘടന" എന്നത് ബഹിരാകാശത്തെ അയോണുകളുടെയോ ആറ്റങ്ങളുടെയോ ജ്യാമിതീയ കോൺഫിഗറേഷനെയും അവ ഗ്ലാസിൽ രൂപപ്പെടുന്ന ഘടനയെയും സൂചിപ്പിക്കുന്നു. സ്ഫടിക ഘടനയെക്കുറിച്ചുള്ള ഗവേഷണം പല ഗ്ലാസ് ശാസ്ത്രജ്ഞരുടെയും കഠിനമായ പരിശ്രമങ്ങളും ജ്ഞാനവും പ്രാവർത്തികമാക്കിയിട്ടുണ്ട്. ഗ്ലാസിൻ്റെ സാരാംശം വിശദീകരിക്കാനുള്ള ആദ്യ ശ്രമം ജി. തമാൻ്റെ സൂപ്പർ കൂൾഡ് ലിക്വിഡ് സിദ്ധാന്തം, ഗ്ലാസ് സൂപ്പർ കൂൾഡ് ലിക്വിഡ് ആണെന്ന് വിശ്വസിക്കുന്നു, ഗ്ലാസ് ഉരുകുന്നതിൽ നിന്ന് ഖരാവസ്ഥയിലേക്ക് ദൃഢമാകുന്ന പ്രക്രിയ ഒരു ഭൗതിക പ്രക്രിയ മാത്രമാണ്, അതായത്, താപനില കുറയുമ്പോൾ, ഗതികോർജ്ജം കുറയുന്നത് മൂലം ഗ്ലാസിൻ്റെ തന്മാത്രകൾ ക്രമേണ അടുക്കുന്നു. , ഇടപെടൽ ശക്തി ക്രമേണ വർദ്ധിക്കുന്നു, ഇത് ഗ്ലാസിൻ്റെ അളവ് വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും ഒടുവിൽ ഇടതൂർന്നതും ക്രമരഹിതവുമായ ഒരു ഖര പദാർത്ഥമായി മാറുകയും ചെയ്യുന്നു. പലരും ഒരുപാട് ജോലി ചെയ്തിട്ടുണ്ട്. ആധുനിക ഗ്ലാസ് ഘടനയുടെ ഏറ്റവും സ്വാധീനമുള്ള അനുമാനങ്ങൾ ഇവയാണ്: ഉൽപ്പന്ന സിദ്ധാന്തം, റാൻഡം നെറ്റ്‌വർക്ക് സിദ്ധാന്തം, ജെൽ സിദ്ധാന്തം, അഞ്ച് ആംഗിൾ സമമിതി സിദ്ധാന്തം, പോളിമർ സിദ്ധാന്തം തുടങ്ങിയവ. അവയിൽ, ഗ്ലാസിൻ്റെ ഏറ്റവും മികച്ച വ്യാഖ്യാനം ഉൽപ്പന്നത്തിൻ്റെയും റാൻഡം നെറ്റ്‌വർക്കിൻ്റെയും സിദ്ധാന്തമാണ്.

ക്രിസ്റ്റൽ സിദ്ധാന്തം

ചില ഗ്ലാസുകളുടെ റേഡിയേഷൻ പാറ്റേൺ അതേ ഘടനയുടെ പരലുകളുടേതിന് സമാനമാണ് എന്നതിനാൽ 1930-ൽ റാൻഡൽ എൽ ഗ്ലാസ് ഘടനയുടെ ക്രിസ്റ്റൽ സിദ്ധാന്തം മുന്നോട്ടുവച്ചു. സ്ഫടികം മൈക്രോക്രിസ്റ്റലിനും രൂപരഹിതവുമായ വസ്തുക്കളാൽ നിർമ്മിതമാണെന്ന് അദ്ദേഹം കരുതി. മൈക്രോപ്രൊഡക്ടിന് ക്രമമായ ആറ്റോമിക് ക്രമീകരണവും രൂപരഹിതമായ പദാർത്ഥങ്ങളുള്ള വ്യക്തമായ അതിർത്തിയും ഉണ്ട്. മൈക്രോപ്രൊഡക്‌ട് വലുപ്പം 1.0 ~ 1.5nm ആണ്, അതിൻ്റെ ഉള്ളടക്കം 80%-ത്തിലധികം വരും. മൈക്രോക്രിസ്റ്റലിൻ ഓറിയൻ്റേഷൻ ക്രമരഹിതമാണ്. സിലിക്കേറ്റ് ഒപ്റ്റിക്കൽ ഗ്ലാസിൻ്റെ അനീലിംഗ് പഠിക്കുമ്പോൾ, 520 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസിൽ താപനിലയുള്ള ഗ്ലാസ് റിഫ്രാക്റ്റീവ് ഇൻഡക്‌സിൻ്റെ വക്രത്തിൽ പെട്ടെന്ന് മാറ്റം വന്നതായി ലെബെദേവ് കണ്ടെത്തി. 520 ℃-ൽ ഗ്ലാസിലെ ക്വാർട്സ് "മൈക്രോക്രിസ്റ്റലിൻ" ൻ്റെ ഏകതാനമായ മാറ്റമായാണ് അദ്ദേഹം ഈ പ്രതിഭാസത്തെ വിശദീകരിച്ചത്. മൈക്രോക്രിസ്റ്റലിനിൽ നിന്ന് വ്യത്യസ്തമായ നിരവധി “ക്രിസ്റ്റലുകൾ” ഗ്ലാസിൽ അടങ്ങിയിരിക്കുന്നുവെന്ന് ലെബെദേവ് വിശ്വസിച്ചു, “ക്രിസ്റ്റലിൽ” നിന്ന് രൂപരഹിതമായ മേഖലയിലേക്കുള്ള മാറ്റം ഘട്ടം ഘട്ടമായി പൂർത്തിയായി, അവയ്ക്കിടയിൽ വ്യക്തമായ അതിരുകളില്ല.