Amorphes Material: Unterschied zwischen den Versionen

Aktuelle Version vom 13. Dezember 2021, 19:53 Uhr

Als amorphes Material ({{Modul:Vorlage:lang}} Modul:ISO15924:97: attempt to index field 'wikibase' (a nil value) „Gestalt, Form“ mit vorgesetztem Alpha privativum a-, Sinn also etwa „ohne Gestalt“) bezeichnet man in der Physik und der Chemie einen Stoff, bei dem die Atome keine geordneten Strukturen, sondern ein unregelmäßiges Muster bilden und lediglich über Nahordnung, nicht aber Fernordnung verfügen. Fernordnungen, also eine regelmäßige Anordnung der Atome über ihre Nachbaratome hinaus, sind charakteristisch für Kristalle. Regelmäßig strukturierte Materialien werden Kristalle genannt.

Ähnlich wie Flüssigkeiten sind amorphe Materialien isotrop, besitzen also keine Vorzugsrichtung. Grund dafür ist die fehlende Fernordnung. Amorphes Material ist häufig unstabil, es kann unter bestimmten Bedingungen auskristallisieren.

Herstellung

Die klassische Methode, um den amorphen Zustand zu erzeugen, ist das „schnelle“ Abkühlen einer Schmelze oder Flüssigkeit. Bedingung für den amorphen Zustand ist, dass sich die Atome bzw. Moleküle beim Abkühlen nicht regelmäßig anordnen können, das heißt, die Viskosität muss einen gewissen Wert überschreiten und es darf nicht zur Kristallisation kommen. Die kritische Abkühlrate, die nötig ist, um eine Kristallisation zu vermeiden, hängt vom Material ab. Klassische Gläser wie Fensterglas können auch relativ langsam (z. B. 1 K je Minute) abgekühlt werden. Die meisten amorphen Metalle benötigen dagegen eine Abkühlrate über 1000 K je Sekunde. Eine verwandte Methode ist das Aufdampfen auf ein gekühltes Substrat. Auch dabei fehlt den Atomen die Zeit und Beweglichkeit, die geordnete Form anzunehmen.

Ein anderer Weg ist die Herstellung durch Zerstören der kristallinen Ordnung durch eine starke mechanische Verformung (z. B. in der Kugelmühle), Beschuss durch Ionen oder eine starke Bestrahlung.

Nicht jedes Material lässt sich in amorpher Form herstellen.

Eigenschaften

Da die Atome eine geringe Packungsdichte aufweisen, hat der amorphe Stoff fast immer eine geringere Dichte als der gleiche Stoff in kristalliner Form. Der amorphe Zustand ist metastabil. Beim Erhitzen eines amorphen Stoffes kann es zur spontanen Kristallisation und damit zur Umwandlung in einen stabileren Zustand kommen. Falls es nicht vorher zu Kristallisation kommt, gibt es einen direkten Übergang in die flüssige Phase, ohne einen klassischen Phasenübergang.

Beispiele und Anwendungen

Glas ist ein typisches amorphes Material. Quarzglas ist die amorphe Form von Siliziumdioxid (SiO₂). Eine seiner kristallinen Formen heißt Quarz.

Amorphe Metalle werden mit Hilfe der Rascherstarrungstechnik in Form von dünnen Folien industriell hergestellt. Hauptanwendungsgebiet sind hierbei Magnetwerkstoffe, weichmagnetische Legierungen (Fe, Ni, Co) und amorphe Lötfolie.

Amorphes Silicium ist eine nichtkristalline Form des reinen Halbleiters Silicium und wird hauptsächlich für Dünnschicht-Solarzellen verwendet.

Obsidian ist ein natürliches amorphes Material vulkanischen Ursprungs.

Amorphe Thermoplaste (Kunststoffe) sind beispielsweise Polystyrol (PS), Polyvinylchlorid (PVC) oder Polycarbonat (PC).

Ein Beispiel aus der Natur ist Honig. Vor dem Abfüllen in Gläser wird der Honig leicht erwärmt, wodurch er in einen amorphen Zustand übergeht. Je nach Sorte und Bearbeitung kristallisiert er anschließend innerhalb weniger Tage oder Wochen aus und bildet ein Kristallgitter.

Siehe auch

Quasikristall

Literatur

Werner Schatt, Hartmut Worch: Werkstoffwissenschaft. Wiley-VCH Verlag, Weinheim 2003, ISBN 3-527-30535-1.

Weblinks

Wiktionary: amorph – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

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-Als '''amorphes Material''' ([[Griechische Sprache|griechisch]] {{lang|el|μορφή}} ''morphé'' „Gestalt“, „Form“ mit [[Alpha privativum]], also etwa „ohne Gestalt“) bezeichnet man in der [[Physik]] und der [[Chemie]] einen [[Stoff (Chemie)|Stoff]], bei dem die [[Atom]]e keine geordneten [[Struktur]]en, sondern ein unregelmäßiges [[Muster]] bilden und lediglich über [[Nahordnung]], nicht aber [[Fernordnung]] verfügen.
+Als '''amorphes Material''' ({{grcS|μορφή|morphé}} „Gestalt, Form“ mit vorgesetztem [[Alpha privativum]]&nbsp;a-, Sinn also etwa „ohne Gestalt“) bezeichnet man in der [[Physik]] und der [[Chemie]] einen [[Stoff (Chemie)|Stoff]], bei dem die [[Atom]]e keine geordneten Strukturen, sondern ein unregelmäßiges [[Muster]] bilden und lediglich über [[Nahordnung]], nicht aber [[Fernordnung]] verfügen. Fernordnungen, also eine regelmäßige Anordnung der Atome über ihre Nachbaratome hinaus, sind charakteristisch für Kristalle. Regelmäßig strukturierte Materialien werden [[Kristall]]e genannt.
-Im Gegensatz zu amorphen heißen regelmäßig strukturierte Materialien [[Kristall]]e.
+Ähnlich wie Flüssigkeiten sind amorphe Materialien [[isotrop]], besitzen also keine Vorzugsrichtung. Grund dafür ist die fehlende Fernordnung. Amorphes Material ist häufig unstabil, es kann unter bestimmten Bedingungen auskristallisieren.
 == Herstellung ==
-Die klassische Methode, um den amorphen Zustand zu erzeugen, ist das „schnelle“ Abkühlen einer [[Schmelze]] oder Flüssigkeit. Bedingung für den amorphen Zustand ist, dass sich die Atome bzw. Moleküle beim Abkühlen nicht regelmäßig anordnen können, das heißt, die [[Viskosität]] muss einen gewissen Wert überschreiten und es darf nicht zur [[Kristallisation]] kommen. Die kritische Abkühlrate, die nötig ist, um eine Kristallisation zu vermeiden, hängt vom Material ab. Klassische Gläser wie Fensterglas können auch relativ langsam (z.&nbsp;B. 1&nbsp;K je Minute) abgekühlt werden.  Die meisten amorphen Metalle benötigen dagegen eine Abkühlrate über 1000&nbsp;K je Sekunde.
+Die klassische Methode, um den amorphen Zustand zu erzeugen, ist das „schnelle“ Abkühlen einer [[Schmelze]] oder Flüssigkeit. Bedingung für den amorphen Zustand ist, dass sich die Atome bzw. Moleküle beim Abkühlen nicht regelmäßig anordnen können, das heißt, die [[Viskosität]] muss einen gewissen Wert überschreiten und es darf nicht zur [[Kristallisation]] kommen. Die kritische Abkühlrate, die nötig ist, um eine Kristallisation zu vermeiden, hängt vom Material ab. Klassische Gläser wie [[Fensterglas]] können auch relativ langsam (z.&nbsp;B. 1&nbsp;[[Kelvin|K]] je Minute) abgekühlt werden.  Die meisten amorphen Metalle benötigen dagegen eine Abkühlrate über 1000&nbsp;[[Kelvin|K]] je Sekunde.
 Eine verwandte Methode ist das Aufdampfen auf ein gekühltes Substrat. Auch dabei fehlt den Atomen die Zeit und Beweglichkeit, die geordnete Form anzunehmen.
-Ein anderer Weg ist die Herstellung durch Zerstören der kristallinen Ordnung durch eine starke mechanische Verformung (z.&nbsp;B. in der Kugelmühle), Beschuss durch Ionen oder eine starke Bestrahlung.
+Ein anderer Weg ist die Herstellung durch Zerstören der kristallinen Ordnung durch eine starke mechanische Verformung (z.&nbsp;B. in der [[Kugelmühle]]), Beschuss durch Ionen oder eine starke Bestrahlung.
-Nicht jedes Material lässt sich bei normaler Temperatur in amorpher Form herstellen.
+Nicht jedes Material lässt sich in amorpher Form herstellen.
 == Eigenschaften ==
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 == Beispiele und Anwendungen ==
-[[Glas]] ist ein typisches amorphes Material. [[Quarzglas]] ist die amorphe Form von [[Siliziumdioxid]] (SiO<sub>2</sub>). Eine seiner kristallinen Formen heißt [[Quarz]]. Erzeugt wird Glas durch Beimengung von Stoffen, sogenannten [[Glaswandler]]n, die ein gleichmäßiges [[Kristallgitter]] verhindern.
+[[Glas]] ist ein typisches amorphes Material. [[Quarzglas]] ist die amorphe Form von [[Siliziumdioxid]] (SiO<sub>2</sub>). Eine seiner kristallinen Formen heißt [[Quarz]].
 [[Metallisches Glas|Amorphe Metalle]] werden mit Hilfe der Rascherstarrungstechnik in Form von dünnen Folien industriell hergestellt. Hauptanwendungsgebiet sind hierbei [[Magnetwerkstoffe]], weichmagnetische [[Legierung]]en (Fe, Ni, Co) und [[amorphe Lötfolie]].
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 Amorphe [[Thermoplast]]e (Kunststoffe) sind beispielsweise [[Polystyrol]] (PS), [[Polyvinylchlorid]] (PVC) oder [[Polycarbonat]] (PC).
-Ein Beispiel aus der Natur ist hierbei [[Honig]]. Vor dem Abfüllen in Gläser wird der Honig leicht erwärmt, wodurch er in einen amorphen Zusatand übergeht. Je nach Sorte kristallisiert er anschließen je nach Sorte und Bearbeitung innerhalb weniger Tage oder Wochen aus und bildet ein Kristallgitter.
+Ein Beispiel aus der Natur ist [[Honig]]. Vor dem Abfüllen in Gläser wird der Honig leicht erwärmt, wodurch er in einen amorphen Zustand übergeht. Je nach Sorte und Bearbeitung kristallisiert er anschließend innerhalb weniger Tage oder Wochen aus und bildet ein Kristallgitter.
 == Siehe auch ==