玻璃本相是固体仍旧液体？

　　晶态和液态都是平均态概想，是平衡态物质的相态。手脚相态的概念，最好用“态字”。

　　反而“玻璃”是什么，供应定义晓得。当前物理中商议的分子“玻璃”是仰赖一个物理经过来定义的。这个物理历程表述起来篇幅还不短。

　　情状温度更动后，在新温度下样品提供岁月才略到达反应的均衡态。倘若这个温度在熔点以上（样品是液态），这个时间很短。假使全班人降温的时候，在每个温度下都等到平均态才变到下一个更低的温度，云云下去全班人会先达到熔点的温度（玻璃化变化温度总是比熔点低）。抵达熔点的岁月样品就结晶（这内中的成核机制题目就不深远了）造成晶态。要是样品由于种种起源没有结晶，保留了液态。从这时起样品属于“过冷液体”（supercooled liquid）。有良多能变成玻璃的液体（glass-forming liquids）从结构上导致就无法“结晶”，它的相空间就不活命一种能量远低于其我们构象的“晶态”，所以从来就不生计熔点，那就没有“过冷”或“低于熔点”概念，即是个液态。随着温度的持续降低，希望样品到达平均态的期间会越来越长。另一方面，样品粘度随温度增大得越来越速。这就导致期待样品达到平衡态的时期的推广也越来越快。说白了便是平均态粘度和等待时期随温度发散。在有限的实习观察工夫范围内，全部人看到的是样品达不到平均态，恐怕搁浅在离平均态很远的形式，并且几乎完满失掉活动性。这时样品属于“玻璃”（glass）。于是，过冷液体是指低于熔点的均衡态液态而玻璃是指样品在熔点以下在有限的测验侦查光阴规模内处于非平衡态失落滚动性的形式。可能谈，玻璃是粘度很大的非平衡过冷液体。

　　至于玻璃态的内心是什么，它非均衡，那它平均了之后是什么态，有没有发作相更动（不管是上等依旧次级），不歇没有定论。因而此刻还没法给出比上述这种描摹式的定义特别性子的，而且又公认的定义。

　　有的回复说，从流变学的角度，不流动就是固态。这原本如故不太稹密的概念归属。假若是固体，那它的模量是几许？晶态固体的模量是可能估计的。液态流体的粘度也是无妨估量的。它们的估计基础是圆满区别的。玻璃按上述定义若仅是一种粘度很高的液体，那我们就应该总是研究其粘度，而不糊口接头其模量的结构根本。其实，聊到流变学，更日常的状态是“粘弹性体”。哪怕是小分子液体，在处于玻璃态时，由于其dynamics变得越来越共同（cooperative）（这种术语也就说给这些答案下的同行听了），所以其响应会有怀想效应，即粘弹性。粘度很大可能对应出一个有限的瞬态模量。粘弹性也有其布局基础，它们的松弛模量也没合系从布局动态举行打算。然而，玻璃态物质的粘弹性的第一性原因模型，是目前这个领域很难的问题。在这里能商酌的不过：全部人把玻璃看成固体，拿来测赢得的模量，其实是瞬时模量。但是这个瞬时性也要很长的窥察光阴才调示意出来，所以在有限的窥探时辰内很像理想固体的恒久模量。

　　有答案谈，玻璃在给定温压下是“稳态”，或许道沥青在常温常压下是“清静态”，原来有偏袒。决定温度和压力，并荒唐应一个唯一的玻璃态。以等压实验为例，笃信温度下的玻璃的样式，除了取决于它之前的变温汗青之外，还取决于在此温度下的盼望时候（玻璃会物理老化），具有“祝贺性”。关于这方面的本质，可参考A. J. Kovacs，L. C. E. Struik和G. McKenna的职责。既然如此，究竟什么量能唯一地“标定”玻璃态所处的非平均“形态”呢？也即是道，玻璃物质的序参量何如选？这又是一个玻璃态忖量的既迂腐又前沿问题。以是，仅温度和压力不够以唯一地法则玻璃的样子，处于某个形状下的玻璃，它也不是安定的，而是会随功夫发作“物理老化”。在“物理老化”的进程中，玻璃的静态结构转化很小但是消息持续变慢、动静的不均匀性增大，于是在这个乐趣上不能感到是“从容”。

　　玻璃题目有平常性。上升到泛泛性的话，在凝集态物理中也算是一个较量首要的根源问题。除了分子玻璃以外，还有胶体玻璃。与分子长程吸引短程扫除相反，胶体时常是短斥吸引，偶然包含长程解除。胶体时辰程序慢，另有凝胶态，原来是因相离别与玻璃化调动耦关而凝固形成的构造，所以具有与玻璃态相同的dynamics。胶体玻璃放大到零温还可包括“颗粒物质”（granular materials）。

　　假使回溯到最初挖这个坑的人P. W. Anderson，大家提出的其实是自旋玻璃（spin glass）而不是分子玻璃。除了胶体玻璃、分子玻璃，另有电子玻璃。这些差别物质界限的紧要推敲险些不浸叠，但它们的斟酌者都用玻璃来称谓这些形状，反应了在团体凝结态物理中，“玻璃”性子有公认的特征。这些是什么特征？是否够本质？恐怕谈，“玻璃”是否活命一个日常的统计力学描摹或定义，是这个方进步思考的根基问题。举个相对的例子，正是由于“晶体”照样有了然的热力学定义，那么当他们们在讲“胶体晶体”的岁月，大家才都晓得大家说的是什么。

　　玻璃动作非晶类固体，在产业和生活上的操作就更广漠了。也跟流变学的念索对像“搀和流体”、“非牛顿流体”等亲热相闭。这些编制看待理论物理考虑都很dirty。在生物方面，也有人祈望从玻璃态的角度去对于某些题目。玻璃的这个汽球也可以吹得很大。时常大家也得先搞晓畅，全班人思谈的“玻璃”是在多隆重的层面上。

　　查阅并翻译了一下忖量这个的国外发表的文献。（极少专业词汇能够会有翻译不到位的景象23333）

　　“玻璃是固体如故液体?”这个标题没有领会的答案。从分子动力学和热力学的角度来看，有可能注脚它是一种高粘性液体，一种非晶态固体，恐怕简单地谈，玻璃是另一种既不是液体也不是固体的物质状态。告别在于语义。就它的材料功能而言，大家们几乎不能做得更好。固体和高粘液体之间没有明了的分辨。悉数这些物质的相或状态都是信得过物质属性的理想化。然则，从一个更大凡的角度来看，玻璃该当被认为是固体，原因它是刚性的按照普及经验。利用“过冷液体”来形容玻璃照旧糊口，但很多人感应这是一个该当中止的灾难的误称。不管何如，宣扬旧窗户的玻璃由于玻璃的流动而变形的谈法从未赢得证实。罗马玻璃器皿的例子和基于玻璃粘度特点测量的筹划说明，这些说法不能够是真的。由于在浮法玻璃工艺创造之前用于创作玻璃窗玻璃的法子不一切，所窥测到的特点更方便说明。

　　在喧赫陈旧的教堂里，人们再三说，玻璃底部比顶部厚，因为玻璃是一种液体。几个世纪往后，玻璃不休在流向底部。原本不是如斯。中世纪的玻璃常采纳冠玻璃工艺制造。一起溶解的玻璃经过碾压、吹制、膨鼓、压平，结束盘旋成一个圆盘，最后被切割成玻璃。金属板在热情阀瓣界限的形势较厚，通常安置在底部较厚的一侧。人们还控制了其大家的玻璃成型技术，但只要相对较新的浮法玻璃工艺本领临蓐出高质地的古板玻璃。

　　要回答“玻璃是液体还是固体”这个问题，谁们必须理解它的热力学和原料性质。、

　　良多固体在微观标准上具有晶体构造。分子部署成司法的晶格。当固体受热时，分子在晶格中的身分发作颤栗，直到熔点时，晶体领会，分子起始活动。固体和液体的形状之间有一个明晰的离别，这是由一阶相变分隔的，即资料的性子，如密度的不一贯转移。凝固的标识是释放热量，称为溶解热。

　　液体有粘度，这是一种测量液体活动阻力的伎俩。水在室温下的粘度约为0.01 poises。一种稠的油无妨有1.0掌握的粘度。当液体冷却时，其粘度一般会增添，但粘度也有抵制结晶的目标。通俗，当液体冷却到低于其熔点时，就会形成晶体并凝集;但有时它会变得过冷，并在熔点以下连结液态，来历没有晶核来激发结晶。假如在进一步冷却时粘度上升充盈多，它能够始终不会结晶。稠密度连忙而无间地上涨，变成浓稠的糖浆，结尾造成无定形固体。分子的铺排是无序的，但有充沛的内聚力来维持肯定的刚性。在这种状态下，它平时被称为非晶固体或玻璃。

　　有些人感应玻璃骨子上是一种过冷的液体，出处它冷却时不糊口优等相变。本相上，在过冷的液态和玻璃态之间有一个二阶变动，以是仍然无妨分辨。这种转化不像从液体到晶体固体的相变那么猛烈。没有密度的不不绝转折，也没有熔解潜热。这种转变可以被检测为资料热膨鼓率和热容的明白变动。

　　产生玻璃化变化的温度无妨遵循材料冷却的速度而调动。如果它徐徐冷却，它会有更长的岁月来松开，转化发作在一个较低的温度和造成的玻璃更群集。倘若它冷却得彪炳慢，它就会结晶，是以玻璃化变更温度有一个最小限度。

　　从液体到晶体的转变是热力学的;也即是说，当低于熔点时，晶体在能量上比液体更有利。玻璃化改动纯真是动力学的:也便是叙，无序的玻璃态没有充沛的动能来制胜分子彼此行动所需的势能阻挡。玻璃分子吐露出一种固定但无序的摆设。玻璃和过冷液体都是亚稳态相，而不是像结晶固体那样的实在的热力学相。轨则上，玻璃在任何时期都没合系自愿地变化成晶体。偶然旧玻璃倘若有杂质，就会这样判辨。

　　为了谈解这种分类是不完满的，近来科学家们告捷地缔造出了准周期的准晶体。它们不符合上述部署，无意被形容为介于晶体和玻璃之间。

　　倘若你们能得出如此的结论，即玻璃态原料在玻璃化调动历程中从过冷液体变为非晶固体，那将是很轻易的，但这很难疏解。橡胶等荟萃资料在低温下暗示出显着的玻璃化转移，但日常以为在玻璃和橡胶前提下都是固体。

　　因此，有时有人谈，玻璃既不是液体，也不是固体。它的布局与液体和固体性质半斤八两。并不是每个别都拥护这个术语。

　　泛泛当人们研究固体和液体时，我们指的是物质的宏观本质而不是分子的布置。究竟，玻璃举措一种材料，早在其分子物理学被了解之前就为人所知。宏观上，材料表现出彪炳广宽的行动。固体、液体亲善体是具有萎缩性、粘度、弹性、强度和硬度等特质的理想行为。但资料并不总是遵照如许的理想运行。比如，有不妨使水在高压下从液体形成气体而不经过相变;以是在某个阶段它必定在理想液体和理想气体之间。

　　对于晶体物质来说，固态和液态的告辞特别昭彰，然则玻璃呢?真相上，会合物、凝胶、泡沫、液晶、粉末和胶体在这幅图中处于什么声誉呢?有些人说固体和液体在凡是情况下没有明显的离别。我宣扬，固体应该被定义为具有很高粘度的液体。大家设定了一个任性的边缘，抢先1013个点，谁谈它是固体，低于1013个点，它是液体。

　　依据另一种主张，这鄙夷了液体的粘度和固体的可塑性之间的拜别。理思的牛顿液体的变形速率与施加的应力及其粘度成正比。对待纵情小的应力，粘性液理解流动。糖浆、松脂和橡皮泥都是粘度很高的液体，它们在自己重量的效力卑污动得很慢。另一方面，塑料可以很软，但仍被感觉是固体，因为它们具有刚性，不流动。

　　当施加小应力时，固体是有弹性的。它们会变形，但当应力消除后又会中兴到历来的事势。当施加较高的应力时，少许固体认破裂，而另极少则吐露出塑性。可塑性是指当应力消灭时，它们会变形，不会复兴到从来的大局。蕴涵铜等金属在内的许多物质都具有可塑性。塑性变形下的滚动阻力称为粘塑性。这就像粘度，除了有一个最小应力称为弹性极限，低于这个极限就没有塑性。具有可塑性的材料不会流动，但它们能够会蠕变，这意味着它们会迟缓变形，但只有在恒定的压力下能力变形。

　　所以肆意测量粘度或粘塑性并不是差异固体和液体的好举措。另一种定义固体和液体的分手的格式是，假如发作永世变形所提供的最小剪应力，那么它便是固体。这是一种显然的叙法它有一些刚性。液体能够被定义为一种会流动的物质。倘若把它放在容器里，它末了会流到庸俗，直到它本身的样式是平的。困穷的是这两个定义并不能涵盖扫数的境遇。有些物质具有有限的流动，称为粘弹性。资料在应力效用下会发生弹性变形。若是应力永远仍旧，纵使应力很小，变形也会成为永远性的。具有粘弹性的物质可以在一段期间内活动缓缓，而后停留滚动。在这种情状下，试图大白分辨液体和固体是枉然的。

　　为了包管旧窗户的玻璃没有滚动，全部人供应明白到不同玻璃的差异特色。玻璃可能由纯二氧化硅制成，但熔融二氧化硅在1200℃驾御有很高的玻璃变更点，这使得它很难模压成窗格或瓶子。至少在2000年前，人们就学会了奈何始末在加热前到场石灰和苏打来消重软化温度，从而使玻璃中含有钠和氧化钙。后天用于窗户和瓶子的钠钙玻璃也含有其全班人氧化物。测量分歧玻璃的玻璃改变温度并不便当，因由它是凭据玻璃冷却的速度而更正的。在今世碱石灰玻璃的情形下,速速冷却将发作一个玻璃化变更在550°C被以为是最小的玻璃化改观温度约为270°C,倘若长短常缓慢冷却它依然不妨过冷液体略高于这个温度。玻璃，如耐热玻璃(用于试管和烤箱)普通是基于硼硅酸盐或铝硅酸盐，它们能更好地继承加热，寻常具有更高的玻璃调动温度。有些玻璃，如含铅玻璃，改动温度较低。

　　偶然人们叙，玻璃不活动的有力注明是由望远镜镜片提供的，150年后它们还是保留着良好的光学质地。全部人会被最轻微的变形阻止。实情上，光学玻璃广泛与用在窗户和瓶子上的玻璃是分歧的。它可以是基于硼硅酸盐或钠钙玻璃与其他们金属氧化物添加，以改善其热和光学功效。以是，旧的望远镜镜头和镜子供应了很好的证实，疏解少许玻璃不会滚动，但很少有阐明扶持旧窗户的玻璃没有流动的道法。另一个例子是石器时代由黑曜石制成的箭头，黑曜石是一种天然玻璃。人们发现，进程数万年之后，这些玻璃已经机敏无比，但同样，这种玻璃紧要是硅和铝硅酸盐，比窗玻璃生硬得多。

　　要博得玻璃没有在旧窗户里滚动的确凿声明，我们们必定斟酌最老套的例子。早期用于成立瓶子和窗户的玻璃平时是在硅酸盐中加入苏打和石灰形成的。权且还会加入碳酸钾。平常会有其我杂质使它比当代的钠钙玻璃更软。其他化合物频繁被增添到神气或更始其性质。公元1世纪时，罗马人就在创制这类玻璃制品，纵然出色雅致，但仍有少少存在下来——譬喻大英博物馆收藏的精心妆扮的波特兰花瓶。罗马的玻璃器皿供应了一些最好的表明，叙明钠钙玻璃是不滚动的，尽管是在近2000年后。现存最陈腐的彩色玻璃窗从12世纪就起始了。个中最古老的是德国奥格斯堡大教堂的五尊雕像，它们的史册可能回忆到1050年到1150年之间。在法国和英国还发觉了良多其他早期的例子，蕴涵宏伟的北玫瑰窗口的巴黎圣母院，它能够追想到1250年。

　　良多人(尤其是向导)扬言，这种玻璃之是以变形，是缘故几个世纪以来，这种玻璃不休在徐徐滚动。这已成为一个悠久生计的神话，但细心伺探就会察觉，滚动的特质迹象，如活动的方圆，和流出的框架，并不生计。这种变形与那时缔造玻璃的门径的错误更为类似。在某些状况下，玻璃窗格和它们的框架之间会显现缝隙，但这是由于铅框架而不是玻璃的变形形成的。其大家少许老房子窗户上的动荡也不妨诠释，缘故在浮法玻璃工艺进入支配之前，玻璃在滚动过程中被压扁了。

　　很难实足确信地谈明没有玻璃流的例子活命，来由险些总是没有原始状态的纪录。在极少数景况下，染色玻璃窗被发觉含有铅，这将下降粘度，使他们们更重。这些例子会在本身的重量下变形吗?惟有留神念索和发扬能力回答这个标题。康宁玻璃博物馆(Corning glass museum)的罗伯特·布里尔(Robert Brill)忖量古董玻璃已有30多年。我们推敲了很多老修筑的玻璃样品，衡量了它们的原料性能和化学身分。大家对玻璃流的神话希奇感风趣，总是找寻赞成和反对的证实。在我看来，觉得中世纪彩色玻璃窗上的玻璃仍然流走了几个世纪的看法是不准确的，所有人说，旧窗户上的下垂和波纹的例子也很没合系是成立历程变成的物理特点。其所有人做过相同念考的行家也示意赞成。依据测定的玻璃粘度进行的理论发挥评释，即使过程很多世纪，玻璃也不会爆发清楚的变形，并且在玻璃的变形类型和它的出产技巧之间活命着显然的联络。

　　“玻璃是固体依然液体?”这个问题没有清爽的答案。从分子动力学和热力学的角度来看，有不妨证明它是一种高粘性液体，一种非晶态固体，恐怕轻易地谈，玻璃是另一种既不是液体也不是固体的物质状态。分袂在于语义。就它的资料成效而言，他们们简直不能做得更好。固体和高粘液体之间没有真切的分别。所有这些物质的相或形状都是靠得住物质属性的理想化。可是，从一个更平时的角度来看，玻璃该当被认为是固体，来由它是刚性的依照通俗贯通。独揽“过冷液体”来描画玻璃照旧糊口，但许多人认为这是一个该当拦阻的灾难的误称。不管怎么，鼓吹旧窗户的玻璃由于玻璃的活动而变形的叙法从未博得证明。罗马玻璃器皿的例子和基于玻璃粘度特性测量的计划注解，这些说法不可能是真的。由于在浮法玻璃工艺创造之前用于制造玻璃窗玻璃的格式不一概，所窥伺到的特点更便当说明。

　　主张：固体液体的分类具偶然间圭表的相关性，玻璃没合系被感应是一种败坏时期赶上他们们凡是生存的期间程序的液体，也便是叙以我们的视角看玻璃是固体，以上帝的视角看，玻璃和水一样，是液体。

　　流变学上，定义固体和液体是如此的：液体的粘度是有限的；固体的剪切模量不会趋于零（粘度是剪切模量在时期上的积分），这也即是道，固体的粘度是无量的。这里的粘度大家不妨如此领会，譬喻说水，它是不黏的，一碰就发生形变，可是蜂蜜，所有人清爽是比力黏的，他们倒出来的岁月，提供斗劲久的功夫让它爆发形变，这里的岁月不妨被定义为败坏时间。

　　但这些都是定义在全班人活命的时刻法式上，倘若我把时候轨范减少到极其眇小的毫秒，微秒等轨范上，全班人再去看倒蜂蜜如许一个行为，蜂蜜极其微小的时刻法式下，是根源上没有发作形变的，在这个工夫准则下，它不妨被觉得是平淡旨趣上的固体（solid-like liquid)。服从这个意见：固体液体的分类具权且间法式的联络性，玻璃无妨被以为是一种败坏时期超越全班人平常活命的时刻程序的液体。

　　有的朋友不妨会疑惑败坏时辰的法式范围，如此讲，它不妨大到全部人人类能够记载的最长时期，可因此上千年，比较经典的例子是科隆大教堂上的大玻璃窗（不驱除创设的时候就坎坷不均），小到全班人可能分裂的最小工夫，0.1秒，全部人不必定这个对无理，记得这是肉眼有视觉暂留的岁月…

　　其余需要提一下玻璃化转折温度：大家以为定义的从液体更改为玻璃态的温度，所有人是把它定义为松弛光阴等于100秒，这意味着全班人供给100秒去测所有人的流体力学本质。

　　还有一个提供显露的是，玻璃有强玻璃，有脆玻璃，依据全部人们的败坏岁月与温度的接洽来区别。强玻璃（无机非），废弛时期与温度根本符合阿里尼乌斯方程，也即是说，log（败坏时间）vs温度呈线性合联；脆玻璃（高分子），败坏时候和温度基础符合超级阿里尼乌斯方程，也便是说log（败坏功夫）vs温度呈指数干系，会在一个特定温度趋于无量。全部人生活中看到的玻璃基础都是钠钙硅组成的，也即是无机非玻璃，大家的玻璃化转化温度，简略是超过100摄氏度的，全班人做过一同题目，算玻璃在室温下的废弛岁月大概提供10^30年…