En condensada física de la materia y ciencia de los materiales , un amorfo (del griego una , sin, morphé , forma, forma) o no cristalino sólido es un sólido que carece de la orden de largo alcance que es característico de un cristal . En algunos libros antiguos, el término se ha utilizado como sinónimo de vidrio . Hoy en día, "sólido vítreo" o "sólido amorfo" se considera el concepto general, y el vidrio el caso más especial: el vidrio es un sólido amorfo estabilizado por debajo de su temperatura de transición vítrea. [1]Los polímeros suelen ser amorfos. Otros tipos de sólidos amorfos incluyen geles , películas delgadas y materiales nanoestructurados como el vidrio.
Los materiales amorfos tienen una estructura interna hecha de bloques estructurales interconectados. Estos bloques pueden ser similares a las unidades estructurales básicas que se encuentran en la fase cristalina correspondiente del mismo compuesto. [2] El hecho de que un material sea líquido o sólido depende principalmente de la conectividad entre sus bloques de construcción elementales, de modo que los sólidos se caracterizan por un alto grado de conectividad, mientras que los bloques estructurales en los fluidos tienen menor conectividad. [3]
En la industria farmacéutica, se demostró que los fármacos amorfos tienen una mayor biodisponibilidad que sus homólogos cristalinos debido a la alta solubilidad de la fase amorfa. Además, ciertos compuestos pueden sufrir precipitación en su forma amorfa in vivo , y pueden disminuir la biodisponibilidad de los demás si se administran juntos. [4] [5]
Materiales nanoestructurados
Incluso los materiales amorfos tienen un orden de corto alcance en la escala de longitud atómica debido a la naturaleza de los enlaces químicos (consulte la estructura de líquidos y vidrios para obtener más información sobre la estructura del material no cristalino). Además, en cristales muy pequeños, una gran fracción de los átomos son el cristal; la relajación de la superficie y los efectos interfaciales distorsionan las posiciones atómicas, disminuyendo el orden estructural. Incluso las técnicas de caracterización estructural más avanzadas, como la difracción de rayos X y la microscopía electrónica de transmisión, tienen dificultades para distinguir entre estructuras amorfas y cristalinas en estas escalas de longitud. [ cita requerida ]
Películas delgadas amorfas
Las fases amorfas son constituyentes importantes de películas delgadas , que son capas sólidas de unos pocos nanómetros a algunas decenas de micrómetros de espesor depositadas sobre un sustrato. Los denominados modelos de zona de estructura se desarrollaron para describir la microestructura y la cerámica de películas delgadas en función de la temperatura homóloga T h, que es la relación entre la temperatura de deposición y la temperatura de fusión. [6] [7] Según estos modelos, una condición necesaria (pero no suficiente) para la ocurrencia de fases amorfas es que T h debe ser menor que 0.3, es decir, la temperatura de deposición debe estar por debajo del 30% de la temperatura de fusión. . Para valores más altos, la difusión superficial de especies atómicas depositadas permitiría la formación de cristalitos con orden atómico de largo alcance.
En cuanto a sus aplicaciones, las capas metálicas amorfas jugaron un papel importante en el descubrimiento de la superconductividad en metales amorfos por Buckel y Hilsch. [8] [9] Ahora se entiende que la superconductividad de los metales amorfos, incluidas las películas delgadas metálicas amorfas, se debe al emparejamiento de Cooper mediado por fonones, y el papel del desorden estructural puede racionalizarse basándose en la teoría de superconductividad de Eliashberg de acoplamiento fuerte . [10] Hoy en día, los recubrimientos ópticos hechos de TiO 2 , SiO 2 , Ta 2 O 5, etc. y sus combinaciones en la mayoría de los casos consisten en fases amorfas de estos compuestos. Se llevan a cabo muchas investigaciones sobre películas amorfas delgadas como una capa de membrana separadora de gas . [11] La película amorfa delgada tecnológicamente más importante está probablemente representada por capas delgadas de SiO 2 de unos pocos nm que sirven como aislante sobre el canal conductor de un transistor de efecto de campo semiconductor de óxido metálico ( MOSFET ). Además, el silicio amorfo hidrogenado , a-Si: H en resumen, es de importancia técnica para las células solares de película delgada . En el caso de a-Si: H, el orden de largo alcance que falta entre los átomos de silicio está parcialmente inducido por la presencia de hidrógeno en el rango porcentual.
La aparición de fases amorfas resultó ser un fenómeno de particular interés para estudiar el crecimiento de películas delgadas. [12] Sorprendentemente, el crecimiento de películas policristalinas se utiliza a menudo y está precedido por una capa amorfa inicial, cuyo espesor puede ascender a sólo unos pocos nm. El ejemplo más investigado está representado por películas delgadas de silicio multicristalino, como la molécula no orientada. En muchos estudios se observó una capa amorfa inicial. [13] Los policristales en forma de cuña se identificaron mediante microscopía electrónica de transmisión para crecer fuera de la fase amorfa solo después de que esta última haya superado un cierto espesor, cuyo valor preciso depende de la temperatura de deposición, la presión de fondo y varios otros parámetros del proceso. El fenómeno ha sido interpretado en el marco de la regla de etapas de Ostwald [14] que predice que la formación de fases continuará con un tiempo de condensación creciente hacia una estabilidad creciente. [9] [13] Los estudios experimentales del fenómeno requieren un estado claramente definido de la superficie del sustrato y su densidad de contaminantes, etc., sobre el cual se deposita la película delgada.
Referencias
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- ^ Mavračić, Juraj; Mocanu, Felix C .; Deringer, Volker L .; Csányi, Gábor; Elliott, Stephen R. (2018). "Similitud entre las fases amorfa y cristalina: el caso de TiO 2 " . J. Phys. Chem. Letón. 9 (11): 2985–2990. doi : 10.1021 / acs.jpclett.8b01067 . PMID 29763315 .
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Otras lecturas
- R. Zallen (1969). La física de los sólidos amorfos . Wiley Interscience .
- SR Elliot (1990). La física de los materiales amorfos (2ª ed.). Longman .
- N. Cusack (1969). La física de la materia desordenada estructuralmente: una introducción . Publicación de IOP.
- NH March; RA Street; MP Tosi, eds. (1969). Sólidos amorfos y estado líquido . Saltador.
- DA Adler; BB Schwartz; MC Steele, eds. (1969). Propiedades físicas de los materiales amorfos . Saltador.
- A. Inoue; K. Hasimoto, eds. (1969). Materiales amorfos y nanocristalinos . Saltador.
enlaces externos
- Diario de sólidos no cristalinos (Elsevier)