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玻璃結構模型珠

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玻璃結構模型

玻璃結構模型是指離子或原子在空間的幾何配置以及它們在玻璃中形成的結構形成體。人們對玻璃結構的認識是一個從認識到實踐不斷深化的過程，在近百年的玻璃研究史中，先後提出了晶子學說、無規則網絡學說、凝膠學說、五角形對稱學說以及高分子學說等，但由於玻璃結構的複雜性，至今沒有一致的結論。能較好地解釋玻璃性質，同時也被人們普遍接受的玻璃結構假說是晶子學說和無規則網絡學說 [1] 。

定義

玻璃結構模型是指玻璃中質點在空間的幾何配置、有序程度及它們彼此間的結合狀態，即通過對玻璃結構的研究，確定玻璃原子在結構中的幾何位置以及維持原子位置的力的性質。玻璃一般指的是原子結構 [2] 。

典型結構模型

晶子學說：硅酸鹽玻璃是有無數「晶子」組成，「晶子」的化學性質取決於玻璃的化學組成，所謂「晶子」不同於一般微晶，而是帶有晶格變形的有序區域，在晶子中心質點排列較有規律，愈遠離中心則變形程度愈大，「晶子」分散在無定形介質中，從「晶子」部分的過渡是逐步完成的，兩者間無明顯界限。晶子學說的核心是結構的不均勻性及近程有序性，但缺點是晶子尺寸、晶子含量、晶子化學組成未得到合理確定 [3] 。

無規則網絡學說認為玻璃的結構與相應的晶體結構相似，也是由一個三維空間網絡構成。玻璃的網絡與晶體的網絡不同，是由離子多面體（四面體或三角面體） 構築起來的，但多面體的重複沒有規律性。網絡學說強調了玻璃中離子與多面體相互間排列的均勻性、連續性及無序性等，這可以在玻璃的各向同性、內部性質的均勻性及隨成分變化時玻璃性質變化的連續性上得到反映，因而在長時間內該理論占主導地位 [3] 。

歷史發展

最早玻璃結構模型由門捷列夫提出，認為玻璃是無定形物質，沒有固定的化學組成與合金類似；塔曼把玻璃看成過冷液體；索克曼等提出玻璃基本結構單元是具有一定化學組成的分子聚合體；蒂爾頓在1975年提出玻子理論，玻子是由20個[SiO.]-四面體組成的一個單元。這種在晶體中不可能存在的五角對稱是SiO2形成玻璃的原因，他根據這一理論成功地計算出石英玻璃的密度。依肯提出核前群理論；阿本提出離子配位假設；列別捷夫（蘇聯學者）在1921年提出晶子學說；扎哈利阿森（德國學者）在1932年提出無規則網絡學說 [2] 。