无定形体

在凝聚态物理和材料科学中，无定形固体（或非<a href="https://vibaike.com/214837/" target="_blank">结晶固体）是一种缺乏晶体特有的长程有序性的固体。 术语玻璃和玻璃状固体有时与无定形固体同义。 然而，这些术语特指发生玻璃化转变的无定形材料。 无定形固体的例子包括玻璃、金属玻璃和某些类型的塑料和聚合物。

该术语来自希腊语 a（无）和 morpé（形状、形式）。

无定形材料的内部结构由相互连接的结构块组成，这些结构块类似于同一化合物相应晶相中的基本结构单元。 然而，与晶体材料不同的是，不存在长程有序。 因此，非晶态材料不能由有限晶胞定义。 原子密度函数和径向分布函数等统计方法在描述无定形固体的结构方面更有用。

尽管无定形材料缺乏长程有序，但它们在小长度尺度上表现出局部有序。 非晶材料中的局部有序可分为短程或中程有序。 按照惯例，短程有序仅扩展到最近的相邻壳层，通常只有 1-2 个原子间距。 然后将中程有序定义为延伸超出短程有序的结构组织，通常为 1-2 nm。

由于分子间化学键合的性质，无定形材料在原子长度尺度上将具有某种程度的短程有序。 此外，在非常小的晶体中，短程有序包含大部分原子； 然而，表面的松弛以及界面效应会扭曲原子位置并降低结构顺序。 即使是最先进的结构表征技术，如 X 射线衍射和透射电子显微镜，也难以在短尺度上区分非晶和晶体结构。

由于缺乏长程有序，标准的晶体学技术通常不足以确定无定形固体的结构。 各种基于电子、X 射线和计算的技术已被用于表征非晶材料。 多模态分析对于非晶态材料非常普遍。

与表现出强烈布拉格衍射的结晶材料不同，无定形材料的衍射图案的特征在于宽且扩散的峰。 因此，需要详细的分析和补充技术来从非晶材料的衍射图案中提取真实的空间结构信息。 从 X 射线源和中子源获得衍射数据很有用，因为它们具有不同的散射特性并提供互补数据。 可以对衍射数据进行对分布函数分析，以确定找到由一定距离分开的一对原子的概率。 另一种使用非晶材料衍射数据进行的分析是径向分布函数分析，它测量在距任意参考原子的不同径向距离处发现的原子数。 从这些技术中，可以阐明无定形材料的局部有序。

X 射线吸收精细结构光谱是一种原子级探针，可用于研究缺乏长程有序的材料。 使用此方法获得的光谱提供有关氧化态、配位数和相关原子周围物质的信息，以及它们被发现的距离。

原子电子断层扫描技术在能够达到亚埃分辨率的透射电子显微镜中进行。 从所讨论的样本中获取以许多不同倾斜角度拍摄的 2D 图像集合，然后用于重建 3D 图像。 图像采集后，必须进行大量处理以校正漂移、噪声和扫描失真等问题。

使用原子电子层析成像技术进行高质量分析和处理，可对非晶材料进行 3D 重建，详细说明存在的不同物质的原子位置。

涨落电子显微镜是另一种基于透射电子显微镜的技术，它对非晶材料的中等范围有序敏感。 可以用这种方法检测由不同形式的中程顺序引起的结构波动。 波动电子显微镜实验可以在常规或扫描透射电子显微镜中完成。