Gläserphasen

Gläserphasen bezeichnen in der Materialwissenschaft amorphe Festkörper, die durch das Fehlen einer langreichweiten Ordnungsstruktur gekennzeichnet sind. Im Gegensatz zu Kristallen besitzen Gläser nur kurze und mittlere Ordnungsordnung, weshalb ihre Atome keine regelmäßige Gitteranordnung bilden. Gläser entstehen, wenn Flüssigkeiten durch schnelles Abkühlen oder andere Prozesse in einen festen, nicht-kristallinen Zustand überführt werden und dabei die Kristallbildung verhindert wird.

Ein zentrales Merkmal von Gläsern ist der Glasschmelz- oder Glast-Übergang. Anders als bei echten Phasenübergängen, die durch eine scharfe Ableitung in der Thermodynamik charakterisiert sind, ist der Übergang in Gläser durch eine sprunghafte Zunahme der Viskosität gekennzeichnet, die über eine Temperaturregion um Tg erfolgt. In dieser Region erstarren Strukturmodelle kinetisch, weshalb Tg stark von Zusammensetzung, Druck und Abkühlrate abhängt. Begrifflich spielen auch die fictive Temperatur und die Konfigurationsentropie eine Rolle für das Verständnis der Gläser.

Gläser treten in verschiedenen Formen auf, darunter anorganische Glasarten (z. B. Silikate, Borate, Phosphate), metallische Gläser (amorphe Metalle), organische oder polymerische Gläser sowie chalcogene Gläser. Typische Eigenschaften sind hohe Viskosität nahe Tg, Sprödigkeit bei Raumtemperatur und gute chemische Beständigkeit oder optische Transparenz, je nach System.

Das Glasverhalten kann beim Erwärmen zu Devitrifikation führen, also zur Kristallbildung. Gläser lassen sich daher durch Temperatur- und Zeitsteuerung stabilisieren oder gezielt in eine gewünschte Phase zurückführen. Anwendungen finden sich in Fenstern, Glasfasern, Optiken, Beschichtungen sowie in der Entwicklung amorpher Metalle.