Amorphes Material

In der Physik und der Chemie ist amorphes Material (amorph gr. ohne Gestalt) ein Stoff, bei dem die Atome keine geordneten Strukturen, sondern ein unregelmäßiges Muster bilden und lediglich über Nahordnung, nicht aber Fernordnung verfügen.

Im Gegensatz zu amorphen heißen regelmäßig strukturierte Materialien Kristalle.

Inhaltsverzeichnis

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 da 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 bei normaler Temperatur in amorpher Form herstellen.

Eigenschaften

Da die Atome eine geringe Packungsdichte aufweisen, haben amorphe Stoffe fast immer eine geringere Dichte als die kristalline Form. Der amorphe Zustand ist metastabil. Beim Erhitzen eines amorphen Stoffes kann es zur spontanen Kristallisation und damit zur Umwandlung in eine stabilere kristalline Form kommen. Falls es nicht vorher zu Kristallisation kommt, gibt es einen direkten Übergang in die flüssige Phase, ohne einen klassischen Phasenübergang. Amorphe Materialien haben also keinen definierten Schmelzpunkt und sind daher auch im Festzustand immer in Bewegung. Geringe Krafteinwirkungen, wie beispielsweise die Gravitation bei Glas, verformen das Material – wenn auch für uns Menschen nicht direkt merkbar – ständig.

Beispiele und Anwendungen

Glas ist ein typisches amorphes Material. Quarzglas ist die amorphe Form von Siliziumdioxid (SiO2). Eine seiner kristallinen Formen heißt Quarz. Erzeugt wird Glas durch Beimengung von Stoffen, sogenannten Glaswandlern, die ein gleichmäßiges Kristallgitter verhindern.

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.

Siehe auch

Literatur

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

Weblinks

Wiktionary Wiktionary: amorph – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

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