збыточной плотности колебательных состояний хорошо аппроксимируется логарифмически нормальной функцией (6.1) со значением дисперсии логарифма частоты о = 0,48. Если избыточная плотность состояний обусловлена колебательными воз173

буждениями, локализованными на нанометровых неоднороднос-тях структуры, то частота квазилокальных колебаний со связана с размером неоднородности d соотношением со = Kvld, где К — константа порядка единицы. Это означает, что распределение нанонеоднородностей по размеру может быть также описано логарифмически нормальной функцией, аналогичной (6.1), с той же величиной дисперсии о:

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

F(d) = ехр

(6.4)

1п2(^0) 4а2

где d0 — наиболее вероятный размер нанонеоднородности.

Связанные с наличием нанонеоднородностей низкоэнергетические особенности колебательных спектров стекол могут существенно влиять на свойства стекол не только при низких, но и при высоких температурах вплоть до температуры затвердевания стекла. К таким свойствам относятся те, для которых влияние низкоэнергетической плотности колебательных состояний усилено по сравнению с областью спектра вблизи дебаевской частоты. Например, вклад низкоэнергетических фононов в величину среднеквадратичных тепловых колебаний атомов усилен пропорционально обратному квадрату частоты колебаний. В результате, как показано [591], наличие в стеклах избыточной плотности колебательных состояний, равной примерно 10 %, увеличивает амплитуду тепловых колебаний атомов на 30—40 % по сравнению с кристаллическим материалом, имеющим ту же температуру.

Предлагаемая в [584] универсальная форма спектра низкоэнергетических колебаний стеклообразных и аморфных веществ означает, что в их структуре имеются неоднородности на-нометрового размера. В том хаосе и беспорядке, с которым обычно связывают структуру аморфных материалов и стекол, имеется универсальный пространственный масштаб, присущий стеклам различной природы (диэлектрическим, полупроводниковым, металлическим). Наличие в неупорядоченных материалах нанообластей может, по [584], иметь для теории стеклообразного и жидкого состояния такую же важную роль, как наличие элементарной ячейки для теории строения кристаллов.

Исследования последнего десятилетия существенно расширили представления об эффектах, связанных с размерами зерен (кристаллитов) твердого тела. Длительное время основное внимание было сосредоточено на изучении малых частиц-нанокла-стеров, свойства которых являются промежуточными между свойствами изолированных атомов и поликристаллического твердого тела. Создание методов получения компактных материалов с необычайно тонкозернистой структурой, в которой зерна имеют нанометровые размеры, позволило перейти к изучению структуры и свойств твердого тела в нанокристалличес-ком состоянии. В настоящее время основными методами получения компактных нанокристаллических материалов являются компактирование изолированных нанокластеров, полученных испарением и конденсацией, осаждением из растворов или разложением прекурсоров; кристаллизация аморфных сплавов; интенсивная пластическая деформация [1—5, 41, 134, 161, 165, 167, 169, 427, 463, 560]. Каждый из этих методов имеет свои преимущества и недостатки, ни один из них не является универсальным, так как наилучшим образом применим для вполне определенного круга объектов. Исследования структуры и свойств наноматериалов развиваются очень интенсивно — в 1993 году в Мехико прошла Первая международная конференция по наноструктурным материалам, а в 1995—1996 гг. в мире состоялось уже 26 международных конференций по этим материалам. С 1992 года появилось несколько новых международных научных журналов, посвященных исключительно нанокристаллическому состоянию.

Анализ накопленных экспериментальных результатов показывает, что в нанокристаллическом твердом теле важную роль играет не только размер зерна (как в изолированных наночасти175

цах), но и структура и состояние границ раздела (границ зерен). Особенно отчетливо влияние границ раздела на структуру и свойства проявляется в наноматериалах, полученных компак-тированием или интенсивной пластической деформацией. В этих наноматериалах непосредственно после их получения границы раздела находятся в неравновесном напряженном состоянии с избыточной энергией. Релаксация неравновесных границ раздела в нанокристаллических металлах и сплавах может происходить самопроизвольно даже при комнатной температуре и, как правило, сопровождается некоторым ростом зерен [169, 437]. Керамические (оксидные) наноматериалы более стабильны в сравнении с металлическими, их структура и размер зерен могут оставаться почти неизменными даже после отжига при 600—800 К [439].

Свойства нанокристаллических металлов и сплавов, особенно полученных компактированием нанокластеров, очень чувствительны к примеси кислорода. Чрезвычайно большая площадь границ раздела обусловливает высокую химическую активность нанокристаллических металлов. Значительная часть необычных результатов, полученных в период до 1992 года, после последующей тщательной п