유리 전이
Glass transition유리-액체 전이 또는 유리 전이란 온도가 [1][2]상승함에 따라 단단하고 상대적으로 부서지기 쉬운 "유리 같은" 상태에서 점착성 또는 고무 같은 상태로 비정질 물질(또는 반결정 물질 내의 비정질 영역)에서 점진적이고 가역적인 전환입니다.유리 천이를 나타내는 비정질 고체를 유리라고 한다.점성 액체를 과냉각하여 유리 상태로 만드는 역천이를 유리화라고 합니다.
물질의 유리 전이 온도g T는 이러한 유리 전이 발생 시 발생하는 온도 범위를 나타냅니다.물질의 결정성 상태가 존재하는 경우 용해 온도 T보다m 항상 낮습니다.
폴리스티렌 및 폴리(메틸 메타크릴레이트)와 같은 경질 플라스틱은 유리 전이 온도보다 훨씬 낮은 온도(즉, 유리 상태)에서 사용됩니다.Tg 값은 둘 다 약 100°C(212°F)입니다.폴리이소프렌이나 폴리이소부틸렌과 같은 고무 엘라스토머는 T의g 위, 즉 고무처럼 부드럽고 유연한 상태에서 사용됩니다. 가교로 인해 분자의 자유로운 흐름을 방지하여 (점성이 있는 액체에 비해)[3] 상온에서 정해진 형태의 고무가 됩니다.
유리 천이를 통해 물질의 물리적 특성이 변화함에도 불구하고, 그 전이는 상전이로 간주되지 않고, 일정한 온도 범위로 확장되며 여러 [2][4][5]규칙 중 하나로 정의되는 현상입니다.이러한 규약에는 일정한 냉각 속도(분당 20 켈빈(36 °F/[1]min) 및 10 Pa·s의 점도12 임계치)가 포함된다.이 유리 전이 범위를 통해 냉각 또는 가열되면 재료는 열팽창 계수 및 비열에서 부드러운 단계를 나타내며, 이러한 영향의 위치는 재료의 [6]이력에 따라 다시 결정됩니다.어떤 상전이 유리 천이의 기초가 되는지에 대한 문제는 지속적인 [4][5][7][when?]연구 문제입니다.
유리 전이(폴리머 과학):냉각 시 폴리머 용융이 폴리머 유리 또는 폴리머 유리로 변화하는 과정은 가열 시 폴리머 [8]용융으로 변화한다.비고 1: 폴리머의 유리 전이 시 발생하는 현상은 여전히 지속적인 과학적 조사와 논쟁의 대상이다.열 연구는 종종 몰 깁스 에너지, 몰 엔탈피 및 두 상(즉, 용융과 유리)의 몰 부피가 동일하지만 열 용량과 팽창성은 불연속적이라는 것을 나타내기 때문에 유리 전이는 2차 전이의 특징을 제시한다.그러나 일반적으로 유리 전이 온도에 가까운 온도에서 폴리머 유리 또는 폴리머 용해에서 평형에 도달하는 데 내재된 어려움을 고려할 때 유리 전이는 열역학적 전이로 간주되지 않는다.
주 2: 폴리머의 경우, 일반적으로 10-20개의 주쇄 원자로 구성된 세그먼트의 구조 변화는 유리 전이 온도보다 훨씬 느려진다.
참고 3: 부분 결정성 폴리머의 경우 유리 이행은 재료의 비정질 부분에서만 발생합니다.
주 4: 이 정의는 [9]참조의 정의와 다르다.
주 5: 일반적으로 사용되는 "유리-고무 전환"이라는 용어는 [10]권장되지 않습니다.
서론
액체의 유리 이행은 냉각 또는 [11]압축에 의해 고체 상태로 이행될 수 있습니다.이 전환은 재료 [2][12]구조의 뚜렷한 변화 없이 500K의 온도 범위 내에서 재료의 점도를 최대 17계단 부드럽게 증가시킵니다.이러한 극적인 증가의 결과는 실제 [clarification needed]관찰의 시간 척도에 고체 같은 기계적 성질을 보이는 유리입니다.이 전환은 동결 또는 결정화 전환과는 대조적으로 에렌페스트 분류의 1차 위상 전환이며 부피, 에너지 및 점도와 같은 열역학 및 동적 특성에서 불연속성을 수반합니다.일반적으로 동결 전환을 겪는 많은 재료에서 급속 냉각은 이러한 상 전이를 방지하고 대신 낮은 온도에서 유리 전이가 발생합니다.많은 폴리머와 같은 다른 재료들은 잘 정의된 결정 상태가 결여되어 있으며, 매우 느린 냉각이나 압축에도 쉽게 유리가 형성됩니다.물질이 담금질될 때 유리가 되는 경향을 유리 형성 능력이라고 합니다.이 능력은 재료의 구성에 따라 다르며 강성 [13]이론으로 예측할 수 있습니다.
전이온도범위 이하에서는 사용되는 냉각속도에 따라 유리구조가 완화되지 않는다.유리 상태의 팽창 계수는 결정성 고체의 팽창 계수와 거의 동일합니다.냉각 속도가 느린 경우 구조적 완화(또는 분자간 재배열)가 발생하는 시간이 길어지면 고밀도 유리 제품이 생성될 수 있습니다.마찬가지로 어닐링(그리고 느린 구조적 이완을 가능하게 함)함으로써, 시간의 유리 구조는 이 같은 온도에서 과냉각된 액체에 대응하는 평형 밀도에 근접한다.T는g 유리 상태의 냉각 곡선(용적 대 온도)과 과냉각 [2][14][15][16][17][18]액체 사이의 교차점에 있습니다.
이 온도 범위에서 유리의 구성은 시간이 지남에 따라 평형 [19]구조를 향해 천천히 변화합니다.깁스 자유 에너지의 최소화의 원리는 궁극적인 변화에 필요한 열역학적 추진력을 제공한다.T보다 다소g 높은 온도에서는 어느 온도에서도 평형에 대응하는 구조가 매우 빠르게 실현된다.이와는 대조적으로, 상당히 낮은 온도에서 유리의 구성은 점점 더 긴 시간에 걸쳐 상당히 안정적인 상태를 유지합니다.
따라서, 액체-유리 전이는 열역학적 평형 상태 사이의 전이가 아니다.진정한 평형 상태는 항상 결정적이라고 널리 알려져 있다.유리는 동력학적으로 잠긴 상태로 존재하며, 그 엔트로피, 밀도 등은 열 이력에 따라 달라집니다.따라서 유리 전환은 주로 동적 현상입니다.시간과 온도는 안경을 다룰 때 (어느 정도) 교환 가능한 양이며, 이는 종종 시간-온도 중첩 원리로 표현된다.액체를 냉각하면 내부 자유도는 연속적으로 평형을 벗어납니다.그러나 무한히 긴 이완 [clarification needed][6][20][21][22]시간이라는 가상 한계에서 기초적인 2차 위상 전이가 있는지 여부는 오랜 논쟁이 있다.
보다 최근의 유리 전이 모델에서 유리 전이 온도는 온도가 낮아질 때 액체 매트릭스 내의 진동 소자 사이의 가장 큰 개구부가 요소 또는 요소의 가장 작은 단면보다 작아지는 온도에 대응합니다.액체 매트릭스에 대한 열 에너지의 변동 입력에 의해 진동 고조파가 상시 교란되어 소자 사이에 일시적인 캐비티("자유 부피")가 형성되며, 그 수와 크기는 온도에 따라 달라진다.이렇게 정의되는 유리 전이 온도g0 T는 압력에만 의존하는 무질서(비결정) 상태의 고정 재료 상수입니다.T에 가까워지면g0 분자행렬의 관성이 높아지기 때문에 열평형 설정이 순차적으로 지연되므로 유리 전이온도를 결정하는 통상적인 측정방법은 원칙적으로 너무 높은 T값을 전달한다g.원칙적으로 측정 시 온도변화율이 느리게 설정될수록 측정값g T에g0 [23]근접한다.동적 기계적 분석과 같은 기술을 사용하여 유리 전이 [24]온도를 측정할 수 있습니다.
전이 온도g T
 | 이 섹션은 확인을 위해 추가 인용문이 필요합니다.2009년 7월 (이를 하는 방법과 에 대해 합니다) |
온도 함수로서 열 용량을 나타내는 오른쪽 하단의 그림을 참조하십시오.이 문맥에서g [25]T는 곡선상의 점 A에 대응하는 온도이다.
유리 전이 온도g T의 다른 동작 정의가 사용되고 있으며, 그 중 몇 가지는 인정된 과학적 표준으로 인정되고 있다.그럼에도 불구하고, 모든 정의는 임의적이며 모두 다른 수치 결과를 산출한다. 기껏해야 특정 물질에 대한 T 값은g 몇 켈빈 내에 일치한다.하나의 정의는 점도를 나타내며, T를 10 Paise(또는12 10 Pa·s)의 값으로13 고정합니다g.실험적으로 증명되었듯이, 이 값은 많은 [26]유리의 아닐점에 가깝다.
점도와는 대조적으로, 열팽창, 열용량, 전단률 및 기타 무기 안경의 많은 특성은 유리 전이 온도에서 상대적으로 급격한 변화를 보여줍니다.T를 정의하려면g 이러한 스텝 또는 꼬임을 사용할 수 있습니다.이 정의를 재현하려면 냉난방 속도를 지정해야 합니다.
가장 자주 사용되는 T의 정의는g 차동 스캔 열량 측정(DSC, 그림 참조)에서 가열 시 발생하는 에너지 방출을 사용합니다.일반적으로 샘플은 먼저 10 K/min으로 냉각한 후 동일한 속도로 가열됩니다.
그러나 T의g 또 다른 정의에서는 딜라토메트리(열팽창)에서 꼬임(Kink)을 사용합니다. 오른쪽 상단의 그림을 참조하십시오.여기서, 3~5 K/min (5.4–9.0 °F/min)의 가열 속도가 일반적이다.T의 아래 및 위의g 선형 섹션은 녹색입니다.T는g 빨간색 회귀선의 [25]교차점에서의 온도입니다.
아래는 특정 등급의 재료에 대한 특징인 T 값을g 정리한 것입니다.
폴리머
| 재료. | Tg(°C) | Tg(°F) | 상품명 |
|---|---|---|---|
| 타이어 고무 | −70 | −94[27] | |
| 폴리불화비닐리덴(PVDF) | −35 | −31[28] | |
| 폴리프로필렌(PP 아택틱) | −20 | - 4[29] | |
| 폴리불화비닐(PVF) | −20 | - 4[28] | |
| 폴리프로필렌(PP 동위원소) | 0 | 32개[29] | |
| 폴리-3-히드록시낙산(PHB) | 15 | 59[29] | |
| 폴리(초산비닐)(PVAc) | 30 | 86[29] | |
| 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE) | 45 | 113[28] | |
| 폴리아미드(PA) | 47–60 | 117–140 | 나일론-6,x |
| 폴리유산(PLA) | 60–65 | 140–149 | |
| 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) | 70 | 158[29] | |
| 폴리(염화비닐)(PVC) | 80 | 176[29] | |
| 폴리(비닐알코올)(PVA) | 85 | 185[29] | |
| 폴리스티렌(PS) | 95 | 203[29] | |
| 폴리(메틸 메타크릴산염)(PMMA 아탁틱) | 105 | 221[29] | 플렉시글라스, 퍼스펙스 |
| 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS) | 105 | 221[30] | |
| 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) | 115 | 239[31] | 테프론 |
| 폴리(카보네이트)(PC) | 145 | 293[29] | 렉산 |
| 폴리술폰 | 185 | 365 | |
| 폴리노르보르넨 | 215 | 419[29] |
드라이 나일론-6의 유리 전이 온도는 47°C(117°F)[32]입니다.건조한 상태의 나일론-6,6의 유리 전이 온도는 약 70°C(158°F)[33][34]입니다.반면 폴리에테인은 유리 전이 범위가 -130–-80°C(-202–-112°F)[35]입니다.유리 전이 온도는 냉각 속도 및 분자량 분포에 따라 달라지며 첨가제의 영향을 받을 수 있기 때문에 위의 값은 평균값일 뿐입니다.실온에서 결정성이 60~80%인 폴리에테인과 같은 반결정성 물질의 경우 인용된 유리 전이는 냉각 시 물질의 비정질 부분에 발생하는 현상을 말합니다.
규산염 및 기타 공유 유리
| 재료. | Tg(°C) | Tg(°F) |
|---|---|---|
| 칼코게니드 게브테 | 150 | 302[36] |
| 칼코게니드 아제세테 | 245 | 473 |
| ZBLAN 플루오르화 유리 | 235 | 455 |
| 이산화 텔루 | 280 | 536 |
| 플루오로알루미네이트 | 400 | 752 |
| 소다 석회 유리 | 520–600 | 968–1,112 |
| 융착 석영(대략) | 1,200 | 2,200[37] |
카우즈만의 역설
액체가 과냉각됨에 따라 액상과 고체상의 엔트로피 차이가 감소한다.과냉각액의 열용량을 유리 전이 온도 이하로 추정함으로써 엔트로피 차이가 0이 되는 온도를 산출할 수 있다.이 온도는 카우즈만 [2]온도라고 불립니다.
만약 액체가 카우즈만 온도 이하로 과냉각될 수 있고, 실제로 결정상보다 낮은 엔트로피를 보인다면, 그 결과는 역설적일 것이다.이 카우즈만의 역설은 1948년 [38][39]발터 카우즈만에 의해 처음 제기된 이후 많은 논쟁과 출판의 주제가 되어왔다.
카우즈만 역설의 한 가지 해결 방법은 액체의 엔트로피가 감소하기 전에 상전이 있어야 한다는 것이다.이 시나리오에서 전이 온도는 열량 측정 이상 유리 전이 온도0c T로 알려져 있습니다.이러한 관점에서 유리 전이는 단순한 운동 효과, 즉 용해물의 빠른 냉각의 결과일 뿐 아니라 유리 형성을 위한 기본적인 열역학적 기초가 있습니다.유리 전환 온도:
1958[40]의 Gibbs–DiMarzio 모델 특별히 저 과냉각 액체의configurational 엔트로피가 제한치의 T→ TK+{\displaystyle T\to T_{K}^{+}}, 그 액체의 존재 정권 끝나면 그것의 미세 구조 크리스탈의 와 동일한이 사라진다 있으며, 그들의 재산 곡선 진정한 second-order 페이지의 주에서 만나라고 예측했다hase전이.이는 우발적인 결정화를 피하면서 충분히 느린 냉각 속도를 실현하기 어렵기 때문에 실험적으로 입증된 적이 없습니다.1965년의[41] Adam-Gibbs 모델은 카우즈만 온도에서 완화 시간이 분산되는 카우즈만 역설의 분해능을 제시했는데, 이는 여기에서 준안정 과냉각 액체를 결코 평형화할 수 없음을 의미한다.카우즈만 역설과 아담-집스 모델에 대한 비판적인 논의가 [42]2009년에 이루어졌다.여러 과냉각 유기 액체에 대한 데이터는 예를 들어 카우즈만 [43]온도와 같은 유한 온도에서 발산 완화 시간에 대한 Adam-Gibbs 예측을 확인하지 않는다.
대체 해결 방법
카우즈만 역설에는 적어도 세 가지 가능한 해결 방법이 있다.카우즈만 온도 근처의 과냉각 액체의 열 용량이 더 작은 값으로 부드럽게 감소하는 것일 수 있다.또한 이 새로운 상태의 열 용량이 더 높은 온도에서 추론을 통해 얻은 것보다 작을 때 카우즈만 온도 전에 다른 액체 상태로의 1차 위상 전이가 발생할 수 있다.마지막으로, 카우즈만은 모든 과냉각 액체가 카우즈만 온도에 도달하기 전에 결정화되어야 한다고 가정함으로써 엔트로피 역설을 해결했다.
특정 소재에 대하여
실리카, SiO2
실리카(SiO 화합물2)는 석영 구조 외에도 여러 가지 뚜렷한 결정 형태를 가지고 있습니다.거의 모든 결정 형태는 서로 다른 배열의 공유 정점에 의해 서로 연결된 사면체4 SiO 단위를 포함한다(연결된6 SiO 8면체로 구성된 스티쇼바이트가 주요 예외이다).Si-O 결합의 길이는 결정 형태에 따라 다릅니다.예를 들어, α-쿼츠의 결합 길이는 161피코메트(6.3−9×10인치)인 반면, α-트리디마이트의 결합 길이는 154~171pm(6.1×10−9~6−9.7×10인치)이다.또한 Si-O-Si 결합각은 α-삼중구 140°에서 α-석영 144°, β-삼중구 180°로 다양하다.이러한 표준 파라미터로부터의 이탈은 비정질, 유리질 또는 유리질 고체에 대한 접근방식을 나타내는 미세구조 차이 또는 변형을 구성한다.규산염의 전이 온도g T는 공유 결합의 비정질(또는 랜덤 네트워크) 격자에서 공유 결합을 끊고 다시 형성하는 데 필요한 에너지와 관련이 있습니다.T는g 유리의 화학 작용에 의해 확실히 영향을 받습니다.예를 들어 B, Na, K, Ca 등의 원소를 원가가 4 미만인 실리카 유리에 첨가하면 네트워크 구조를 해체하는 데 도움이 되고 T를g 저감할 수 있다.또는 5의 원자가 P는 질서 있는 격자를 보강하는 데 도움이 되어 [44]T를g 증가시킨다.T는g 결합 강도에 정비례합니다. 예를 들어 결합의 준균형 열역학 매개변수에 의존합니다. 예를 들어 컨피규레이션의 엔탈피d H 및 엔트로피d S – 끊어진 결합:Tg = Hd / [Sd + R ln[(1 - fc)/ fc] 여기서 R은 가스 상수이고c f는 침투 임계값입니다.SiO와2 같은 강한 용융의 경우 위 방정식의 침투 임계값은 3-D 공간의 보편적 Scher-Zallen 임계 밀도(예c: f = 0.15)이지만, 연약한 물질의 경우 침투 임계값은 재료에c 의존하며 f ≤ [45]1이다.구성 요소의 엔탈피d H와d 엔트로피 S는 [46]점도에 대한 사용 가능한 실험 데이터에서 찾을 수 있습니다.
폴리머
폴리머에서 유리 전이 온도 T는g Gibbs 자유 에너지가 폴리머의 50개 이상의 원소의 협동 이동에 대한 활성화 에너지가 초과되는[citation needed] 온도로서 나타나는 경우가 많다.이것은 힘이 가해졌을 때 분자 사슬이 서로 미끄러지도록 합니다.이 정의에서 우리는 상대적으로 강한 화학 그룹(벤젠 고리 등)의 도입이 흐름 과정을 방해하여 [47]T가 증가함을g 알 수 있다.이 영향으로 열가소성 수지의 강성이 감소합니다(그림 참조).유리온도에 도달하면 온도가 T를 넘어m 재료가 녹을 때까지 강성이 E 부근 또는 E 부근에서2 일정기간 유지됩니다.이 지역은 고무 고원이라고 불립니다.
저온측에서 온 전단계수는 유리 전이온도g T에서 몇 배나 강하한다.Alessio Zaccone과 Eugene Terentjev에 [48]의해 아래에서 T에 접근하는g 폴리머 글라스의 온도 의존 전단률에 대한 분자 수준의 수학적 관계가 개발되었습니다.전단 계수가 실제로 0으로 떨어지지는 않지만(고무 고원의 훨씬 낮은 값으로 떨어짐), 자콘에서 전단 계수를 0으로 설정할 때-Trentjev 공식은 Flory-Fox 방정식을 회복하는 T에 대한g 식이며, 또한 T가 유리 상태의 열팽창 계수에 반비례함을 나타낸다g.이 절차는 고분자 유리의 T를g 정의하는 또 다른 운영 프로토콜을 제공합니다. T는 고무 같은 고원까지 전단 계수가 몇 배씩 떨어지는 온도와 함께 식별됩니다.
다림질 시 이 천이를 통해 원단을 가열하여 고분자 사슬을 이동시킨다.철의 중량은 바람직한 방향을 제시합니다.T는g 폴리머 매트릭스에 가소제를 첨가함으로써 유의하게 감소시킬 수 있다.더 작은 가소제 분자는 고분자 사슬 사이에 파묻혀 간격과 자유 부피를 증가시키고 낮은 온도에서도 서로 통과할 수 있도록 합니다.가소제를 첨가하면 폴리머 체인 역학을 효과적으로 제어할 수 있으며, 폴리머 단부의 이동성의 증가가 눈에 [49]띄지 않도록 관련 자유 부피의 양을 지배할 수 있다.또한 폴리머에 비반응성 측기를 추가하면 사슬이 서로 떨어져 나가 T를 줄일g 수 있습니다.바람직한 성질을 가진 플라스틱의 T가g 너무 높을 경우 T가g 의도된 사용 온도보다 낮은 공중합체 또는 복합 재료에서 다른 플라스틱과 결합될 수 있습니다.예를 들어 자동차 엔진에서 사용되는 플라스틱과 [29]저온에서 사용되는 플라스틱이 있습니다.
점탄성 재료에서 액체 상태의 거동은 의 특성에 따라 달라지며, 따라서 가해지는 하중 비율, 즉 힘이 얼마나 빨리 가해지는지에 따라 달라진다.실리콘 장난감 실리 퍼티는 힘을 가하는 시간 속도에 따라 동작이 상당히 다릅니다. 천천히 당기면 흐르며 점성이 강한 액체로 작용하며, 망치로 치면 유리처럼 부서집니다.
냉각 시, 고무는 액체-유리 전환 과정을 거치는데, 이를 고무-유리 전환이라고도 합니다.
유리화 메커니즘
응집물질에서의 분자운동은 물리적 해석이 다양한 방향과 파장을 가진 원자 변위의 세로 및 가로 파장의 중첩으로 구성된 푸리에 급수로 표현될 수 있다.단원자 시스템에서 이러한 파동을 밀도 변동이라고 합니다.(다원자계에서는 조성 변동을 포함할 수도 있습니다.)[50]
따라서, 액체의 열운동은 기초적인 세로 진동(또는 음향 포논)으로 분해될 수 있으며, 가로 진동(또는 전단파)은 원래 물질의 높은 순서의 결정 상태를 나타내는 탄성 고체에서만 설명되었습니다.즉, 단순 액체는 전단 응력의 형태로 가해지는 힘을 지탱할 수 없으며 거시적 소성 변형(또는 점성 흐름)을 통해 기계적으로 산출됩니다.또한, 고체는 강성을 유지하면서 국소적으로 변형된다는 사실(액체는 가해진 전단력의 적용에 반응하여 거시적인 점성 흐름에 굴복함)은 많은 사람들에게 둘 [51][52]사이의 기계적 구별로 받아들여진다.
그러나 이 결론의 부적절성은 고체의 운동 이론과 액체의 탄성 이론의 개정에서 Frenkel에 의해 지적되었다.이 수정은 과냉각 점성 액체인 결정화가 수반되지 않을 때 액체 상태에서 고체 상태로 점탄성 교차하는 연속적인 특성에서 직접 나타난다.따라서 우리는 유리화 [53][54]과정에 대한 Bartenev의 기계적 설명에서 설명한 바와 같이 가로 음향 포논(또는 전단파)과 유리화 시 강성의 시작 사이의 밀접한 상관관계를 볼 수 있다.이 개념은 고분자 유리의 예에 대한 자코네와 테렌체프의[48] 연구에서 정량적으로 보여지듯이 저주파 전단률의 소멸 또는 현저한 저하의 관점에서 유리 전이를 정의하게 된다.실제로 쇼빙 모델은 완화시간의 활성화 에너지가 냉각에 따라 증가하는 양인 고주파 플라토 전단률에 [2][55]비례하여 유리형성액에서 완화시간의 유비쿼터스 비아레니우스 온도 의존성을 설명하도록 규정한다.
응축 물질에서 세로 방향 음향 포논의 속도는 압축된 부피 요소와 팽창된 부피 요소 사이의 온도 차이를 균일하게 하는 열 전도율에 직접적인 영향을 미칩니다.키텔은 유리의 거동은 격자 포논에 대해 대략 일정한 "평균 자유 경로"의 관점에서 해석되며, 평균 자유 경로의 값은 액체나 고체의 분자 구조에서 무질서 크기의 순서라고 제안했다.열 포논 평균 자유 경로 또는 다수의 유리 포머의 완화 길이가 유리 전이 온도에 대해 플롯되어 두 가지 사이의 선형 관계를 나타냅니다.이것은 포논 평균 자유 [56]경로의 값에 기초한 유리 형성에 대한 새로운 기준을 제시했습니다.
유전체 고체의 열 전달은 격자의 탄성 진동을 통해 발생하며, 이러한 전달은 격자 결함에 의한 음향 포논의 탄성 산란(예: 무작위 간격의 [57]공실)에 의해 제한된다는 것이 종종 제안되어 왔다.이러한 예측은 "내부 경계 산란"에 의해 10-100 마이크로미터(0.00039–0.00394 in)[58][59]의 길이 척도로 제한되는 평균 자유 경로가 분명한 상용 유리 및 유리 세라믹에 대한 실험을 통해 확인되었다.이러한 횡파와 유리화 메커니즘 사이의 관계는 이러한 포논 사이의 상관 관계의 시작이 유리 형성 액체의 국소 전단 응력의 "동결"을 초래하여 유리 전이를 [60]발생시킨다고 제안한 여러 저자들에 의해 설명되었다.
전자 구조
열포논의 영향과 전자 구조와의 상호작용은 액체 금속의 저항성에 대한 논의에서 적절하게 소개된 주제이다.린데만의 용융이론을 [61]참조하여 결정에서 액체 상태로 가는 전도성의 하락은 원자 진동의 진폭이 증가했기 때문에 전도 전자의 산란이 증가했기 때문이라고 한다.이러한 국소화 이론은 전자의 평균 자유 경로가 매우 작은 금속 유리에서의 운송에 적용되어 왔다(원자간 간격).[62][63]
용융에서 스플랫 담금질하는 방법으로 금-실리콘 합금의 비결정 형태를 형성함으로써 금속 [64][65][66][67][68]결합의 특성에 기초하여 유리 성형 능력에 대한 전자 구조의 영향을 더욱 고려하게 되었습니다.
다른 연구는 국소 전자의 이동성이 동적 포논 모드의 존재에 의해 향상된다는 것을 나타낸다.그러한 모델에 반대하는 한 가지 주장은 화학 결합이 중요한 경우 거의 자유로운 전자 모델을 적용해서는 안 된다는 것이다.단, 화학적 결합(예를 들어 밴드가 전자로 채워져 있는 실리콘)과 같이 모든 원자 쌍 간에 전하 분포의 축적이 모델에 포함된 경우에는 [69]고체에 적용해야 합니다.
따라서 전기 전도율이 낮으면 전자의 평균 자유 경로가 매우 짧습니다.전자는 먼 거리에서 떨어져 있는 원자로부터 산란할 기회를 얻지 못하기 때문에 유리 안의 단거리 순서에 민감할 뿐입니다.단거리 순서는 유리잔과 크리스탈에서 유사하기 때문에 이 두 상태에서 전자 에너지는 유사해야 한다.저항률이 낮고 전자 평균 자유 경로가 긴 합금의 경우, 전자는 유리에 무질서가 있음을 감지하기[dubious ] 시작할 수 있으며, 이는 에너지를 증가시키고 결정화에 관해 유리를 불안정하게 만들 것입니다.따라서 특정 합금의 유리 형성 경향은 부분적으로 전자 평균 자유 경로가 매우 짧기 때문에 전자의 에너지에는 단거리 순서만 항상 중요하기 때문일 수 있습니다.
또한 금속 시스템에서 유리 형성은 원자 사이의 상호작용 전위의 "연성"과 관련이 있다고 주장되어 왔다.일부 저자는 유리의 국부 구조와 해당 결정 사이의 강한 유사성을 강조하면서 화학적 결합이 비정질 [70][71]구조를 안정시키는 데 도움이 된다고 제안합니다.
다른 저자들은 전자 구조가 결합의 방향 특성을 통해 유리 형성에 영향을 미친다고 제안했습니다.따라서 비결정성은 다형성 형태가 많고 결합 이방성이 높은 원소에서 바람직하다.결합 이방성이 등방성 금속에서 이방성 금속에서 공유 결합으로 증가함에 따라 결정화 가능성이 낮아지고 주기율표의 군수와 원소 [72]고형물의 유리 형성 능력과의 관계를 시사한다.
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