固体相变

固体由一个相到另一个相的转变

固体相变（phase transition of solid）是指在一定的温度、压强（有时也在一定的电场或磁场）作用下，固体由一个相到另一个相的转变。固体可因某个物理量的不同而处于不同的相，也可由于原子排列方式即晶体结构的不同而处于不同的相。前者如超导体的正常相与超导相。后者如冰在常压下可有三种不同的晶体结构，因而有三个不同的相：在0—－80℃时，分子以六角形形式排列，称为Ih相；在－80—－130℃左右，水蒸气可在基板上形成分子以立方体形式排列的结构，称为Ic相；当基板温度下降至－140℃时，水蒸气在其上形成分子排列杂乱的非晶相。在高压下，冰可以有更多的相。由几种不同化学组分构成的固体（如合金），可因结构的不同而具有许多相。如由锌（Zn）、及铜（Cu）构成的黄铜合金，当Zn原子百分比小于38%时，原子按面心立方体形式排列，称α相；当Zn原子百分比达50%左右时，原子按体心立方体形式排列，称β相；当Zn原子百分比分别是62%及75%时，原子分别以复杂立方体及六角形排列，分别称为γ相及ε相。

顺磁–铁磁相变

过渡元素原子因其电子内壳层未满而具有一定的原子（离子）磁矩。由于原子（离子）间的量子相互作用，常使它们的原子（离子）磁矩方向排列一致，使固体呈现宏观的自发磁化强度，即处于铁磁相。温度上升时，原子（离子）磁矩的方向受到热扰动，自发磁化强度减小。温度上升至某定值时，热扰动可使原子（离子）磁矩的方向变得杂乱无章，固体的宏观自发磁化强度变为零，这一磁性状态称为顺磁相。相变是可逆的，原来处于顺磁相的铁磁体，温度下降至某一定值时转变成铁磁相。相变温度常称为居里温度。顺磁–铁磁相变前后晶格结构基本上不发生变化。

正常–超导相变

处于正常相的超导体与一般的金属相同，体内的自由电子在外电场驱动下运动时，常与晶格热振动相互作用形成阻力，因而存在有电阻。温度降至某一定值后，超导体中自旋相反和动量相等的二个电子可通过晶格热振动的媒介作用结合成库珀电子对。它们在外电场作用下运动时不再受到晶格热振动的阻力，使电阻趋近于零，即转变成超导相。超导相变时的相变温度称为临界温度。外磁场对超导相变有很大的影响。温度低于临界温度时，物体应处于超导相，但若对它施加外磁场，当外磁场的磁场强度增大到某一定值Hc时，可使超导相转变成正常相。常称Hc为临界磁场强度。

顺电–铁电相变

由正负离子组成的固体，通常情况下周围的负（正）离子的分布都是对称的，总的电偶极矩为零，不存在宏观的自发极化强度，相应于顺电相。温度降低至某一定值时，固体中正（或负）离子会发生稍微的位移，使它们周围异性离子的分布不再对称，产生电偶极矩，在宏观上出现自发极化强度，相应于铁电相。原子间化学价键中的电子位置的偏移也可引起电偶极矩。较高温度下电子位置偏移的方向杂乱无章，由此引起的电偶极矩的方向也杂乱无章，结果它们相互抵消，不形成宏观的自发极化强度。温度下降至某一定值时电子位置偏移变得有一定次序，形成宏观的自发极化强度，使固体由顺电相转变成铁电相。对于前者相变的铁电体常称为位移型铁电体，对于后者相变的铁电体常称为无序–有序型铁电体。在顺电–铁电相变中，某些铁电体的晶格结构发生变化。铁电体的相变温度又称居里温度。

合金相变

此相变中除温度、压强外，合金的化学组分是一个重要的参量。不同的合金相相应于不同的晶格结构。在一定的温度及压强下，合金的化学组分不同，合金可有不同的晶体结构，亦即有不同的相。在一定的化学组分下，合金可随着温度或压强的变化，由一个相（相应某一晶格结构）转变成另一个相（相应另一种晶格结构）。

物理性质突变

相变前后物体的许多物理性质会发生突变，据此常把相变分成好多类，但最常见的是一级相变与二级相变（见相和相变）。一级相变时，物体的广延量（与粒子数成正比的物理量，如内能、熵、体积等）在相变前后发生突变。它的最显著特征是相变前后伴有放热或吸热（潜热）。二级相变时物体的广延量不发生突变，但它们对温度或压强的导数在相变前后发生突变，如比热、热膨胀系数、压缩系数等会发生突变。二级相变时不伴随有潜热。固体相变中的顺磁–铁磁相变属二级相变，没有潜热发生。没有外磁场存在时的超导相变亦为二级相变，但外磁场下的超导相变属一级相变。对于顺电–铁电相变，部分属一级相变，部分属二级相变。常见的位移型铁电体BaTiO3的相变属一级相变，而无序–有序型铁电体KH2PO4的相变属二级相变。

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