原子尺度结构

的径向分布函数

无长程序是原子排列的决定性特征非晶固体。然而，由于玻璃中缺乏长平行排列的原子和平坦平行平面的原子，因此用结构探测技术(如原子结构探测技术)确定原子排列的细节是极其困难的x射线衍射)对晶体来说是非常成功的。对于玻璃，从这种结构探测实验中获得的信息包含在一条称为径向分布函数(RDF)的曲线中。

图6显示的比较的实验确定的RDFs的结晶和非晶形式锗，一个元素半导体类似于硅。标记为a-Ge的重曲线对应于非晶态锗;的光变曲线标记c-Ge对应晶体锗。RDF的意义在于，它给出了邻近原子位于离平均值不同距离处的概率原子。水平轴图中指定了到给定原子的距离;垂直轴与在每个距离上发现的平均原子数成正比。(距离标尺以埃为单位;1埃等于10⁸厘米)。晶体锗的曲线在所示的整个范围内显示出尖锐的峰值，对应于特定距离上相邻原子的定义良好的壳层，这源于原子的长程规律性水晶的原子排列。无定形锗表现出一个与最近的原子相对应的近向尖峰(c-Ge和a- ge中都有四个最近的原子)，但在较远的距离上，RDF曲线中的波动由于缺乏长程顺序而被冲掉。a-Ge中的第一个尖峰与c-Ge中的相应峰相同，表明在无定形形式中的短程有序固体锗的形态和晶体形态一样清晰。

图6中a- ge RDF曲线的详细形状是用于开发模型的困难任务的输入原子安排在非晶锗。正常的程序是构造一个结构模型，然后从模型的原子位置计算出理论RDF曲线。然后将计算得到的RDF与实验曲线进行比较(这为模型的有效性提供了明确的测试)。然后在模型中进行计算机辅助的细化，以提高模型相关的理论RDF和实验观察到的RDF之间的一致性。这个程序已经成功地用于许多非晶态固体，所以现在对它们的原子尺度结构有了很多了解。然而，与已有的关于晶体的完整资料相比，关于晶体的结构知识眼镜仍然存在差距。

原子尺度结构模型

无定形固体，像结晶固体一样，表现出各种各样的原子尺度结构。其中大多数可以被认为属于与以下模型相关的三大类结构中的一类或另一类连续随机网络模型，适用于共价键合玻璃，如非晶硅和氧化玻璃，(2)无规卷曲模型，适用于许多聚合物链有机玻璃，如聚苯乙烯，和(3)随机密实型，适用于金属玻璃，如Au_0.8如果_0.2金硅。这些是模型的常规名称。虽然它们中的每一个都包含随机这个词，但定义良好的短程顺序意味着它们不是随机的气体的结构图2 c是随机的。

连续随机网络模型的一个例子显示在图7和随机线圈模型图7 b。图7复制了W.H. Zachariasen于1932年出版的著名图表。这是为了假设二维一个₂B_3.玻璃，每一个一个原子和3成键B原子和每一个B原子到2一个原子。这张照片与当前的模型有合理的相似之处砷硫系玻璃₂年代_3.当₂Se_3.。(硫，S，和硒，Se，属于一组元素称为硫元素。)该模型作为示意图介绍模拟用于氧化物玻璃的网状结构。氧化物玻璃的原型是非晶硅₂,或石英玻璃。(石英，存在于沙子中，是硅的结晶形式₂)。在非晶SiO中₂每个硅原子连着四个氧原子，每个氧原子又连着两个硅原子。这种结构很难在二维图像中表现出来，但是图7是一个有用的类比，空心圆圈代表氧原子，小的固体点代表硅原子。起源于每个硅的第四个键可以想象在图的平面之外。

的网络结构所示图7清楚地展示了近距顺序(注意每个实心点周围的三角形)兼容的长期秩序的缺失。在桥接氧原子处，键角具有一定的灵活性，因此易于继续形成网络。普通氧化物玻璃的化学性质比二氧化硅复杂₂，如下一节所述。磷和锗等化学物质(像硅一样)通过与氧原子形成强烈的化学键而进入网络结构网络框架。像钠和钙这样的化学物质，它们不直接与网络结合，而只是(以离子形式)位于其间隙孔中，被称为钠和钙网络修饰符。

很大一部分的日常材料叫做塑料无定形固体是由长链分子组成的吗聚合物。每一个聚合物链的骨架由一串相互连接的碳原子组成(多达大约10万个)。这些有机聚合物玻璃存在于无数熟悉的模塑产品中(例如，钢笔、轮胎、玩具、电器本体、建筑材料以及汽车和飞机部件)。的随机线圈模型图7 b1949年由pj弗洛里温度(后来他收到了一份诺贝尔奖他在聚合物方面的开创性工作)，是这类重要的无定形固体的结构模型。如图所示，结构由相互啮合、纠缠的聚合物链组成。链配置在统计学上被定义为一个数学轨迹，叫做三维随机游走。

第三种重要的结构模型，金属玻璃的随机紧密堆积模型，很难用简单的图表来说明。粗略地说，它类似于一堆弹珠在纸袋里迅速揉成一团时产生的结构。