Material amorfo

Un material amorfo es una sustancia en la que los átomos no respetan ningún orden a media y larga distancia , lo que lo distingue de los compuestos cristalizados . La condición de distancia es importante porque a distancias cortas la estructura de la mayoría de los compuestos está ordenada debido a las reglas de Gillespie. Los vidrios , los elastómeros y los fluidos son compuestos amorfos. En geociencias, el término genérico mineraloide se utiliza para designar la clase de estos materiales no cristalinos.

Algunos materiales pueden existir en diferentes formas amorfas, esto es poliamorfismo .

• Los vidrios representan la mayoría de sólidos amorfos. La mayoría de las veces se obtienen enfriando un líquido que no ha podido cristalizar. En general, la viscosidad de un líquido disminuye al aumentar la temperatura, y esta relación es más fuerte cuanto menor es el índice de viscosidad. En determinadas condiciones, la temperatura de un líquido puede reducirse sin que pueda iniciarse la cristalización; el medio se vuelve tan viscoso que los constituyentes (átomos, moléculas, iones) del líquido ya no tienen suficiente movilidad para alcanzar la posición mínima de energía que tendrían en el sólido cristalizado; se quedan atrapados en un estado desordenado  ; el líquido se ha vuelto quieto y rígido; estamos en presencia de un sólido amorfo que puede considerarse como un líquido congelado , de enorme viscosidad  ; esta forma particular de materia se llama estado vítreo  ; el sólido es un vaso . Hoy fabricamos vidrios minerales (o inorgánicos), vidrios orgánicos (como PMMA ) y vidrios metálicos .
• Un polímero orgánico vítreo es un sólido formado por cadenas macromoleculares desordenadas , entrelazadas y dobladas . Esta estructura amorfa a menudo se compara con un "plato de espagueti  " (ver artículo:  Bola aleatoria ).
• Algunos sólidos amorfos, como el gel de sílice , no tienen una estructura líquida congelada; no están en estado vidrioso.
• Los elastómeros (contracción elástica y polímero) son materiales amorfos con propiedades muy específicas. Se obtienen a partir de polímeros lineales líquidos (muy viscosos ) a temperatura ambiente. Para evitar su flujo, se crean una serie de puentes entre las cadenas de polímero (con una tasa de puenteo relativamente baja), que las transforma en materiales caracterizados por su capacidad para sufrir grandes deformaciones reversibles (alta elasticidad ).

Algunas propiedades físicas de los compuestos amorfos:

• en estado vítreo, tienen una viscosidad muy alta  : como los líquidos , pueden fluir, pero el tiempo necesario para la observación de un efecto notable para el vidrio es del orden de magnitud de varios miles de millones de años a temperatura ambiente (0,1 segundo a 600 ° C, 5 días a 500 ° C, 32 años a 400 ° C). Contrario a la leyenda , por tanto, no podemos explicar de ninguna manera el hecho de que en algunas iglesias antiguas las vidrieras son más gruesas en la base y más delgadas en la parte superior. De lo contrario, los sellos metálicos (a base de plomo) que enmarcaban las vidrieras ya habrían desaparecido antes de que observáramos un fluir del vidrio;
• poseen un orden local que puede demostrarse mediante experimentos de difracción en polvos  : mientras que un cristal da lugar a picos de difracción localizados espacialmente, el producto amorfo compuesto por grandes protuberancias. La primera protuberancia corresponde a las correlaciones entre un átomo dado y sus vecinos más cercanos, la segunda corresponde a las correlaciones entre este átomo y sus segundos vecinos más cercanos, etc. La anchura de las protuberancias aumenta con el orden de los vecinos, lo que significa que las correlaciones se convierten en más y más débil: el orden local por un átomo dado no exceda el 5 º o 6 th  vecinos.

Fotovoltaica

Algunos paneles fotovoltaicos utilizan tecnología de silicio amorfo hidrogenado. El rendimiento de estos paneles es menos bueno que el de las tecnologías policristalinas o monocristalinas. Sin embargo, el silicio amorfo permite producir paneles de gran superficie a bajo coste utilizando poca materia prima.

Notas y referencias

Notas

1. El valor de esta viscosidad es típicamente del orden de 10 12  Pa s (10 13  poises); en comparación, la viscosidad del agua a temperatura y presión ambiente es sólo de 10 −3  Pa s .

Referencias

1. Jean P. Mercier, Gérald Zambelli, Wilfried Kurz, Traite des Matériaux, Vol. 1 - Introducción a la ciencia de los materiales , 3 rd . Ed, Prensas polytechniques et Universitaire romandes , 1999 ( ISBN  2-88074-402-4 ) , p. 206.
2. Jean P. Mercier, Gérald Zambelli, Wilfried Kurz, op. cit., pág. 64 y p. 205 hasta 210.
3. Horst Scholze - Glass - Segunda edición - Institut du verre - Paris (1980) p. 3 y p. 106 a 108.
4. Christian Oudet - Polímeros - Estructura y propiedades - Introducción - Masson (1993) p. 25, 45 y 90-91.
5. "  Las aplicaciones de la difracción de rayos X  " , en univ-lemans.fr (consultado el 14 de abril de 2010 )

Ver también

Artículos relacionados

• Journal of Non-Crystalline Solids  (in) ( "  Diario de sólidos no cristalinos  " ), una revista especializada en el material amorfo