玻璃结构与玻璃形成的预测与计算

张勤远*, 姜中宏

华南理工大学, 发光材料与器件国家重点实验室, 广州 510640

摘要

玻璃态物质的本质一直是凝聚态物理中最富挑战的难题之一。目前面临的挑战主要包括: (1) 玻璃态转变过程中的热力学和动力学问题; (2) 玻璃态形成的关键因素和物理机制问题; (3) 玻璃态结构的理论模型和实验结果的自洽性问题等。本文主要讨论了玻璃态结构和玻璃态形成研究的难点和最新研究进展, 提出了玻璃相图结构模型和玻璃形成的粘度-冷却速度关系式，以期增进对玻璃态物质本质的新认识, 为玻璃态物质的后续研究提供借鉴。

玻璃态结构是科学界关注的焦点问题之一。研究者先后提出了描述无机玻璃结构的微晶子学说和无规则网络学说，描述高分子玻璃的无规线团模型，以及描述金属玻璃的密堆积模型等。微晶子学说揭示了玻璃的近程有序性、微不均匀性和不连续性，无规则网络学说则强调了玻璃结构的连续性、统计均匀性和无序性。与前人提出的玻璃结构不同，我们最近提出的玻璃相图结构模型可以定量讨论玻璃的成分、结构与性质。利用现有玻璃相图数据和结晶化学数据便可以通过玻璃成分定量计算玻璃的结构、配位数和联接状态, 并进一步预测该系统玻璃的成分与性质的定量关系。玻璃相图结构模型具有实用意义, 也符合材料科学和材料基因工程的要求。

DOI: 10.12110/firstfmge.20171121.222