玻璃轉(zhuǎn)變與液體結(jié)構(gòu)和高溫超導(dǎo)等問題被認為是21世紀有待解決的幾個物理難題。諾貝爾物理獎獲得者Anderson教授也認為玻璃轉(zhuǎn)變是固體物理學(xué)中最深和最重要的問題之一。到底玻璃轉(zhuǎn)變是熱力學(xué)現(xiàn)象還是動力學(xué)行為是人們研究的焦點。一方面，許多玻璃形成體系的熱力學(xué)性能在發(fā)生玻璃轉(zhuǎn)變進表現(xiàn)出異常行為，如焓，熵和體積；另一方面，這一轉(zhuǎn)變過程反應(yīng)了液態(tài)模式的“凍結(jié)”，因此是與變慢的動力學(xué)相關(guān)的。
　　一種物質(zhì)要形成玻璃，就要避免凝固過程中晶體的形核與長大。與成核過程密切相關(guān)的是過冷。1951年，美國物理學(xué)家Tumbull教授通過水銀的過冷實驗，提出液態(tài)金屬可以過冷到遠離平衡熔點以下而不產(chǎn)生成核。
　　根據(jù)他的理論，在一定條件下，液態(tài)金屬可以冷卻到玻璃態(tài)。當(dāng)晶體在熔體中形成時，固相體積自由能將小于液相自由能，固相有析出的傾向。然而固相的析出將產(chǎn)生固-液界面，新界面的形成將附加界面能，這會阻礙晶核的形成。可見，固相的析出需要一定的驅(qū)動力來克服界面能引起的阻力。因此成核必然導(dǎo)致過冷現(xiàn)象的產(chǎn)生。過冷是一個非穩(wěn)定的平衡過程，通過控制過冷度來控制成核，可以獲得具有不同特性的新的亞穩(wěn)材料，當(dāng)成核在整個凝固過程中被完全避免時，液態(tài)金屬便被凍結(jié)到玻璃態(tài)。
　　液態(tài)固化通常有兩種路徑，一種為緩慢冷卻導(dǎo)致體積不連續(xù)的改變到晶化態(tài)，一種為快速冷卻體積連續(xù)變化得到玻璃態(tài)。液體在冷卻過程中，粘度不斷增加，原子遷移動力學(xué)過程變慢，如果晶化過程被避免，便可形成玻璃態(tài)。
　　摘自《先進材料導(dǎo)論》