Students will be able to:

Describe methods of glass formation and glass transition.

Describe glass structure on atomic level by means of various geometrical and topological quantifiers.

Select a suitable method for glass structure exploration.

Studenti budou umět:

Popsat možné metody získání skla a skelný přechod.

Popsat strukturu skla na atomární úrovni pomocí různých geometrických a topologických kvantifikátorů.

Zvolit vhodnou metodu pro studium skelné struktury.

Oral exam.

Ústní zkouška.

R: Zallen R.: The Physics of Amorphous Solids, John Wiley & Sons, 1983;

R: Varshneya A. K.: Fundamentals of Inorganic Glasses, Academic Press, San Diego, 1994;

A: selected papers and book chapters.

Z: Zallen R.: The Physics of Amorphous Solids, John Wiley & Sons, 1983;

Z: Varshneya A. K.: Fundamentals of Inorganic Glasses, Academic Press, San Diego, 1994;

D: vybrané články a kapitoly z knih.

Non-crystalline solid state and glass. Formation of glass; quenching, condensation. Thermodynamic and kinetic conditions of glass formation. Structure, short-, medium-, and long-rang orders. Glass versus liquid. Glass transition, entropy, heat capacity; kinetics of glass transition.

Topology of glass. Short-range order, chemical bond, nearest neighbours, coordination number. Medium-range order, radial distribution function, rings, angle distribution. Long-range order. Glass network and dimension.

Chalcogenide glass. One- and two-dimensional solids. Degrees of freedom for chalcogenide and oxide glasses. Rule 8-n and ideal glass. Topological defects and changes in valence.

Organic glass. Random Coil and Random Walk models. Scaling exponents, fractal dimension.

Metal glass structure. Random Close Packing model, empirically obtained RCP structure.

Amorphous silicon and vitreous silica - Continuous Random Network model. Mathematical and chemical bonds - covalent graph, experimental and model RDF. Modifiers, Modified Random Network model.

Structure of silicate glass, alkali-silicate glass, silicate and alumino-silicate glass with alkali and alkali earth metal oxides, lead-silicate glass. Borate glass, alkali-borate glass, alkali-alumino-borate glassa. Germanium glass; germanium-silicate glass. Phosphate glass.

Percolation model, bond and site percolations. Cluster, cluster distribution, mean size, diameter. Percolation path, probability, threshold, critical exponents, scaling, fractals. Continuous percolation and critical volume.

Phase transition of type localization - delocalization. Free-volume model. Elektronic states in glass, phase transition metal - insulator; Anderson’s transition.

Modelling of structure of non-crystalline solids. Monte Carlo. Molecular dynamics.

Experimental methods for glass structure; X-ray and neutron diffraction; nuclear magnetic resonance; infrared and Raman spectroscopies; Mössbauer spektroskopy; electron paramagnetic spectroscopy; EXAFS, XANES.

Definice nekrystalického a skelného stavu. Příprava skelného stavu: ochlazování, vypařování - kondenzace. Termodynamické a kinetické podmínky tvorby skelného stavu. Struktura, uspořádanost na krátkou, střední a dlouhou vzdálenost. Sklo versus kapalina. Skelný přechod, entropie, měrné teplo; kinetika skelného přechodu.

Charakteristiky topologie skelného stavu. Krátkodosahové uspořádání - chemická vazba, nejbližší sousedi, koordinační číslo. Uspořádání středního dosahu - radiální distribuční funkce, cykly, distribuce úhlů. Dalekodosahové uspořádání. Skelná síť a dimenze.

Chalkogenidová skla. Jedno a dvou dimenzionální látky. Stupně volnosti v chalgogenidových a oxidových sklech. Pravidlo 8-n a ideální sklo. Topologické defekty a změny valence.

Organická skla. Model náhodné spirály (random coil), náhodné chůze (random walk). Škálovací exponenty a fraktální dimenze.

Struktura kovových skel. Model RCP (random close packing), empiricky získaná RCP struktura.

Amorfní křemík a amorfní křemen - model CRN (continuous random network). Matematická a chemická vazba - kovalentní graf, experimentální RDF a modelové RDF. Modifikátory, model MRN (modified random network).

Struktura křemičitých skel, alkalickokřemičitanová skla, křemičitanová a hlinitokřemičitanová skla obsahující oxidy alkalických kovů a prvky alkalických zemin, olovnatokřemičitanová skla. Boritá skla, alkalickoboritá skla, alkalicko hlinitoboritá skla. Germaničitá skla; křemičitogermaničitá skla. Fosforečná skla.

Perkolační model. Perkolace typu bond a site. Cluster, distribuce clustrů, střední velikost clusteru, průměr clusteru. Perkolační cesta, perkolační pravděpodobnost. Perkolační práh, kritické exponent, škálování, fraktály. Spojitá perkolace a kritický objem.

Fázový přechod lokalizace - delokalizace. Free-volume model. Elektronové stavy ve skelném stavu, fázový přechod kov - izolant; Andersonův přechod.

Modelování struktury nekrystalických látek. Monte Carlo. Molekulová dynamika.

Experimentální metody pro určování struktury skla; rtg. a neutronová difrakce; nukleární magnetická rezonance; infračervená a Ramanova spektroskopie; Mössbauerova spektroskopie; elektronová paramagnetická spektroskopie; EXAFS, XANES.