玻璃具有网晶二象性的推测

摘要：基于玻璃众多学说的争论，为了更好的指导其在工业生产中的进行。由此提出玻璃是由分散的“晶子”和一定的网络作为中间体连接而成的一种近程有序远程无序的特殊结构。对以前的著名实验进行分析得出一些新的结果，在此基础上完成一些简单预测。

关键词：晶子学说，网络学说，网络二象性

网络结构的具体描述：玻璃结构是一种不连续的集合体，由大量“晶子”分散在一种网络结构的介质中，这种网络是一种不规则的，非周期性的网络结构，网络与晶子之间的过度介质是一种畸变的晶格，晶子是独立的微晶或是独立的晶包，甚至是独立的原子，大量的晶子和网络组成一个完整的结构，即玻璃的特殊组成。

历史实验及其推测：

列别杰夫对硅酸盐玻璃进行加热和冷却分别测定在不同温度下玻璃的折射率。由图1示无论是加热还是冷却在573℃玻璃的折射率都会发生急剧的变化，而573℃正是α石英和β石英的转变温度，上述现象对任何一种玻璃都会普遍出现此说明此结构中发生了多晶转变。

低温范围内测量玻璃的折射率Na2O.SiO2 系统50-300℃加热并测定其折射率，观察到85-120℃,145-165℃,180-210℃内折射率有明显的变化如图2所示。这些温度恰好是多晶转变的温度，且折射率的变化与SiO2的含量有关其实是与晶子的体积有关。

瓦连可夫和波拉依―柯西次对成分递变的双组分的钠硅双组分的玻璃的x散射强度曲线。发现第一峰是石英玻璃的散射主峰与石英晶体的特征峰相符，第二峰是Na2O・SiO2玻璃的散射线主峰与偏硅酸钠晶体的特征峰一致。在钠硅玻璃中上述两个峰均同时出现。随着钠硅玻璃中SiO2含量增加，第一峰愈明显，而第二峰愈模糊。认为钠硅玻璃中同时存在方石英微晶体和偏硅酸钠微晶体，这是X射线散射强度曲线上有两个极大值的原因。他们又研究了升温到400～800℃再淬火、退火和保温几小时的玻璃的X射线散射图谱，如图3，发现X射线衍射强度不仅与成分有关，而且与玻璃制备条件有关。提高温度，延长加热时间，主峰陡度增加，衍射图也愈清晰。这是微晶体长大网络减少所造成的。由实验数据推论，普通石英玻璃中的方石英微晶体尺寸平均为1.0nm。

如图3，将SiO2玻璃和Na2SiO3（Na2O・SiO2）玻璃的X射线衍射强度曲线叠加后，与实测Na2O・2SiO2X射线衍射强度曲线比较，说明在Na2O・2SiO2玻璃中同时存在Na2SiO3和SiO2微晶。

马托西实验：结晶氧化硅和玻璃态氧化硅在3-26μm的波长范围内红外反射光谱。结果表明，玻璃态石英和晶态石英在12.4μm处具有同样的最大值。其反射物质相同，所以有部分原子的排列与晶体原子排列相似。

以上为晶子学说的实验结果，但并不和网络学说的矛盾。

瓦伦对x光谱的衍射实验进行了系统的研究。石英玻璃和方石英晶体，硅酸盐x的衍射图如图4 所示玻璃的衍射线与方石英的重合，因此有极小的方石英存在，还有只能说明石英玻璃和方石英原子间距离大体上是相等的。经计算原子间的距离大约是0.77nm与单位晶包尺寸0.70nm相识。图4可以看出硅胶有显著地小角度散射而玻璃中没有。是由不连续的粒子所造成的，强烈的散射是由粒子不均匀性造成的。石英玻璃没有散射说明网络和晶子组成的一种密实体。

玻璃的组成如破碎的冰悬浮在水中组成一个完整的体系，在一定的条件下处于一种稳定的状态，水犹如网络结构，冰犹如分散的晶子。当外来因素对其作用时，有些作用要通过冰表现出来，有些作用要通过水表现出来。正如玻璃在外来因素时有的通过网络作用显现，有的通过晶子作用显现。所以玻璃具有网晶二象性在作用不同时显示不同的性质。

实列分析：

水形成冰的过程。在-1℃较为浑浊，随着温度的降低冰越来越透明。次过程说明晶子的体积逐渐的减少儿网络的题体积逐渐的增大，才出现以上的过程。由此说明玻璃是由晶子和网络共同构成了玻璃的结构。

结论预测:

玻璃的形成过程实际上是低温条件下，能量释放，原子调整的的一个综合的过程。由此玻璃的形成是由原子尺寸的大小和原子之间的结合能及外界条件的冷却速率。当物质为纯净物是不易形成玻璃，而物质为固溶体是一定易。形成玻璃的。

玻璃的形成过程和晶体的形成过程对比如图5示。

玻璃在形成中必然要跳过形成晶体的整个调整过程，不是没有调整，只是有少量的进行了调整。be段应该不是一条直线而是一条曲率很小的光滑曲线，在这个阶段仍有少量的晶子生成。

晶体和玻璃之间应该有一个过渡的范围。这个范围的上限是形成了晶体在这个范围的下限就形成了玻璃。此过渡体的性质介于玻璃和晶体之间。

如果冷却速率足够的快，形成的玻璃全部是网络结构，如果冷却速率足够的慢将是一个完整的晶体。

玻璃破碎随冷却速率的减小，将形成的破块逐渐变大的。各种光学，力学等性质逐渐递变随冷却速率。

参考文献;

张联盟，黄学辉，宋晓岚 《材料科学与基础》武汉理工大学出版社，2001

方俊鑫，陆栋《固体物理学上册》上海科学出版社，1999

Aske land,D.R The Science and Engineering of Materals,3rd edition. Brooks/cole publishing Co, pacific Grove,CA,1994

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。