非晶态固体的应用

第四节　非晶态固体的应用

非晶态固体是一大类对人类社会经济发展与人民生活有着密切关系的实用的材料。大家最熟悉的非晶态材料就是以（SiO₂）_0.8（Na₂0）_0.2。为代表的氧化物窗玻璃，硅酸盐玻璃具有透光性好、力学性能强以及形成大张材料的能力强等特点，用在建筑上已达到了一个非凡的水平。

光导纤维和由它构成的光缆，是现代光通信的基础材料，是信息高速公路的“路面”。光纤的线芯材料是典型的硅一锗玻璃，如（SiO₂）_0.9（GeO₂）_0.1。控制成分（含不同金属）可构成具有梯度折射率系数、直径约10μm的光导纤维，成为今天高技术光通信的关键支柱之一。这种玻璃具有近红外透明特性，相应的工作波长为1.5μm，对应频率为2×10¹⁴Hz，光载波的高频率允许在很高频率上进行光调制，因此有很高的信息输送容量。

当前光纤通信中有两个重要的发展，一是光孤子通信，二是光纤中掺铒（或其他稀土离子）的光放大器。这些对光纤基础材料有更高的要求，是非晶态材料应用的新发展。

非晶态半导体材料用作光电导元件的优点在于具有制备成均匀的大面积薄膜材料的能力，并且价格比较便宜。静电复印技术的核心部件——感光鼓就是一个大面积的薄膜光电导元件，典型材料是Se，或者As₂S₃那样的硫系玻璃，用真空蒸镀法凝结在金属衬底上而形成。

这种玻璃材料是具有能隙约为2eV的半导体，对红外光透明，而对可见光是高度吸收，具有良好的光导电性。现在的静电复印工艺已达到每秒钟几张拷贝的水平。

非晶态半导体材料Te_0.8Ge_0.2具有在电场作用下进行晶态和非晶态转换的性质，可以用作计算机记忆元件。而非晶态半导体材料Si_0.9H0.1具有很强的光生伏打性质，并且具有制备成均匀的大面积薄膜材料的能力，可以用于太阳能电池的光电转换板。

非晶态金属玻璃具有良好的力学性能和加工性能，另外它还具有良好的电磁学性能，例如金属玻璃Fe_0.8 B_0.2具有磁导率高、磁损耗小以及形成长带的能力强的优点，被用作变压器的铁心。这些应用充分说明，非晶态固体以其独特的性能，在工业技术和人们生活的许多方面已获得广泛的应用，它已成为当今经济发展中一大类不可缺少的实用材料。

与晶态金属相比，非晶金属是一种特殊的物质状态，其微观结构特征决定了它具有许多优异性能，如优异的软磁性能、力学性能、耐腐蚀性能、催化性能、电学性能及对中子射线和7射线的耐辐照性能等。研究最多、应用最广的非晶金属是非晶态软磁合金，有铁基、钻基、铁镍基和铁钴镍基等合金。铁基非晶合金如铁硅合金，具有高饱和磁通密度、低铁损、低密度和价廉等优点，是制造航空变压器较理想的铁心材料；铁硅硼合金具有高电阻和极低铁损，容易形成低剩磁状态，其脉冲磁特性明显优于晶状硅钢和玻莫合金，是制造脉冲变压器的铁心材料。铁基非晶合金还具有很高的磁致伸缩效应和高的电阻率，其非晶条带有利于制成快速响应的传感器，因此是一种新型传感器材料。钴基非晶合金的磁通密度和磁导率高，热稳定性好，同时还具有较高的耐磨性和耐蚀性，是一种性能优良的磁头材料。由于其没有晶界，所以用其制成的磁头可避免尖部脱落，磁头与磁带的摩擦噪声也比一般磁头小，音响效果好，且使用寿命长。

大块非晶合金材料及其复合材料是近年来采用现代冶金技术合成的一种具有特殊性能的新型金属材料。由于具有奇特的物理、力学及化学性能，它适合于用来制造穿甲武器、飞行器构件、装甲板和生物医学植物。因其在学术及应用上都具有重要意义，大块非晶材料的研究、应用和开发已在国内外材料科学界及企业界引起广泛兴趣和重视，成为材料和物理领域的前沿课题之一。

非晶型聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和聚碳酸酯（PC）等透明性塑料不仅光学特性好，而且由于具有质轻、耐冲击和容易成形加工等塑料性能的优点，因而广泛应用于光学领域。它还可替代无机玻璃，在光学领域获广泛应用，现在非晶型的塑料光学材料已成为眼镜以外的光学设备、光盘、光纤、液晶显示器等光学情报领域不可缺少的材料。

非晶软磁磁芯，具有高磁导率、低铁心损耗和高频特性好等优良综合磁电特性，比铁氧体、硅钢和坡莫合金等常规软磁材料具有更高的性能价格比，广泛用于现代通信、电力电子、电磁兼容、传感器等高新产业以及各种工业磁器件产品的更新换代，特别适用于电感和变压器产品的小型化、高频化和高效化设计，具有非常良好的发展前景。

非晶、纳米晶是软磁性材料，已被广泛应用于电力、电子领域，非晶、超微晶合金材料广泛应用于通信、电子、电力等工业，能替代传统坡莫合金及铁氧体等材料，具体能应用于漏电保护器、电流互感器、逆变电源、高频开关电源、脉冲变压器及肪窃磁条、钎焊料等，它被称为“21世纪绿色电子材料”，今后在电子、信息领域的应用将会越来越广。