結構弛豫

結構弛豫（structure relaxation）是指金屬玻璃（非晶金屬）內部的 原子排列隨著時間或在退火情況下發生緩慢的變化，逐漸改變成更穩定的原子排列結構的現象。

基本介紹

• 中文名：結構弛豫
• 外文名：structural relaxation
• 對象：金屬玻璃
• 特徵：金屬玻璃原子排列改變成穩定結構

概念解釋

結構弛豫可分成拓撲短程弛豫及化學短程弛豫兩類。發生拓撲短程弛豫時原子相對位置作微小的改變，使局域的幾何位置發生變化，但局域的化學組分或近鄰原子數（配位數）不發生變化。而化學短程弛豫正是指局域的化學組分或近鄰配位數發生了改變。通常這兩類弛豫總是同時發生，相互關聯的。化學短程弛豫需要原子作較長距離的遷移，而拓撲短程弛豫只需要原子作短距離的遷移。所以，低溫下作短時間的退火，主要發生拓撲短程弛豫，反之則化學短程弛豫占優勢。
結構弛豫可使金屬玻璃的許多性質發生變化，如改變金屬玻璃的原子擴散係數以及鐵磁金屬玻璃的飽和磁化強度和居里溫度，亦可改變它們的電阻率、比熱、體積模量、楊氏模量等。為使金屬玻璃能得到實用，必須要求結構弛豫的速率越慢越好。結構弛豫的速率決定於金屬玻璃的化學組分及製備工藝，特別是熱處理情況。

理論詮釋

結構弛豫是指玻璃態結構在適當溫度下的漸變過程。在高於軟化溫度（T_g）時，結構的變化幾乎是瞬時的，以致玻璃總是保持著平衡狀態。在低於轉化溫度（T_s）時，結構變化又非常緩慢，以致玻璃總是處於非平衡狀態。只是在T_g和T_s這段轉變溫度範圍內，隨著時間的增加非平衡狀態逐步趨向於平衡態。這種結構狀態變化與時間的關係是玻璃內部某些原子或分子局部重排的結果，稱為結構弛豫。它是存在於玻璃態物質（包括有機、無機氧化物和非氧化物、金屬玻璃）中的一個普遍現象，發生在玻璃的形成過程、熱處理過程以及使用和保存過程之中。

由於結構弛豫，玻璃的物理化學性質在很大程度上依賴於其熱歷史。在玻璃快速冷到室溫後，它經常保持著玻璃在T_g—T_s這段轉變溫度範圍內某一溫度的性質。A.圖爾在20世紀40年代，首先把這一溫度稱做假想溫度T_f。並由假想溫度引入與它相對應的物理－化學態來描述玻璃的結構。
圖爾認為玻璃假想溫度的變化速率正比於它對實際溫度的偏離，反比於玻璃的粘度，而玻璃的粘度是實際溫度和假想溫度的函式。

實際玻璃結構的弛豫過程是比較複雜的。套用一個單一的參量（假想溫度T_f）還不能完全確定非平衡態玻璃的結構。實際玻璃的結構弛豫過程常呈現出較複雜的非指數式弛豫行為。70年代初，有人套用應力弛豫的數學處理來分析結構弛豫，提出了“多參量結構模型”。這個模型可以定量地描述不同歷史玻璃性質的時間依從性。