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5. Amorphe Festkörper

[ Hunklinger ]

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Bisher: kristalline Festkörper mit - Nahordnung und vor allem - Fernordnung in den Anordnungen der atomaren

Bausteine Jede dabei auftretende Abweichung von der

Symmetrie (Gitterdefekte, Fremdatome etc.) haben wir dabei als Störung betrachtet.

In nichtkristallinen Stoffen - Fernordnung fehlt (bisher grundlegende

Eigenschaft) - Nahordnung ist aber vorhanden !!! -> Nahordnung entspricht meist den Baugruppen,

sprich der Basis, des entsprechenden kristallinen Zustandes

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Strukturunterschiede kristalline – amorphe Festkörper

Vergleich Quarz kristallin – amorph

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Amorphe Festkörper Wie kann es bei gleicher Nahordnung zum

Verschwinden der Fernordnung kommen ?

- Variation des Bindungswinkels (einige Grad)

- Verdrehung der Atome um eine Bindungsachse

- Kleine statistische Schwankungen des Atomabstandes (einige Prozent)

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Metastabiler Zustand Die freie Enthalpie Gamorph der amorphen Phase ist

größer als die des kristallinen Zustandes. G = Gamorph – Gkristallin > 0 Da G als Triebkraft (irreversible Thermodynamik) der

Umwandlungsprozesse in den stabileren Zustand anzusehen ist,

können demnach amorphe Festkörper nur existieren: - wenn die Differenz relativ klein ist - wenn der Übergang in eine kristalline Phase sterisch

stark gehemmt ist. Das ist insbesondere bei komplexeren Strukturen oft der

Fall!

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Weitere Besonderheiten

- kontinuierlicher Phasenübergang fest - flüssig

- isotrope physikalische Eigenschaften (Fehlen Fernord. !)

- Wärmeleitung - Schallgeschwindigkeit - elektrische Eigenschaften - optische Eigenschaften (Brechungsindex)

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Strukturaufklärung

- Aussagen über lokale Verteilung und Struktur liefern hochaufgelöste Untersuchungen wie TEM, eventuell noch AFM

- Beugungs- und Streuexperimente mit Röntgenstrahlung bzw. Materiewellen (Elektronen, Neutronen) - wie schon behandelt – ermöglichen:

- Aussagen zur Strukturverwandtschaft zum kristallinen Zustand - Aussagen zum Kristallisationsgrad

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YBCO / CeO / YSZ /Si - Substrat kristallin

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YBCO / CeO / YSZ /Si - Substrat amorph

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YBCO / CeO / YSZ /Si - Substrat teilkristallin

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Radiale Verteilungsfunktion

[ Schmidl ]

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Radiale Verteilungsfunktion

Fourieranalyse des experimentellen Bildes (Winkelverteilung der Intensität des Beugungsbildes) liefert eine Radiale Verteilungsfunktion:

- mittlere Anzahl der Atome, die sich in einem

bestimmten Abstand vom betrachteten Atom aus befinden, d.h. man erhält eine

- Häufigkeitsverteilung von Atomabständen -diese ist auf Grund der Nahordnung nicht

statistisch !

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Radiale Verteilungsfunktion

[ Schmidl ]

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Radiale Verteilungsfunktion

[ Schmidl ]

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Verteilungsfunktion

[ Schmidl ]

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Verteilungsfunktion

[ Schmidl ]

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Herstellung amorpher FK

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Herstellung amorpher FK

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Herstellung amorpher FK

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Übergang Schmelze – amorpher FK

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Gläser

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Gläser

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Metallische Gläser

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Metallische Gläser

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Gläser

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Gläser

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Glasübergang

[ Hunklinger ]

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Kristall und Glas

[ Hunklinger ] A2B3

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Amorphe Materialien

[ Schmidl ]

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Amorphisieren durch Ionenbestrahlung

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Amorphisierung durch Ionenbestrahlung

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Rekristallisation

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6. Quasikristalline Festkörper

[ R. Feile ]

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[ R. Feile ]

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[ Herlach, Holland-Moritz ]

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[ R. Feile ]

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[ Herlach, Holland-Moritz ]

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[ R. Feile ]

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[ R. Feile ]

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[ R. Feile ]

Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14 42 [ R. Feile ]

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[ R. Feile ]

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[ R. Feile ]

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[ R. Feile ]

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[ Herlach, Holland-Moritz ]

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Eigenschaften von Quasikristallen

[ Herlach, Holland-Moritz ]

Chemie-Nobelpreis 2011 Dan Shechtman

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