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2026-03-29T16:37:00Z

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{{Belege}}
[[Datei:Silica.svg|mini|hochkant|Amorphe Struktur von [[Quarzglas]] (SiO2)]]
Als '''amorphes Material''' ({{grcS|μορφή|morphé}} „Gestalt, Form“ mit vorgesetztem [[Alpha privativum]] a-, Sinn also etwa „ohne Gestalt“) bezeichnet man in [[Physik]] und [[Chemie]] einen [[Substanz#Naturwissenschaften|Stoff]], bei dem die Bausteine (Elemente oder Moleküle) keine sich periodisch wiederholenden Strukturen ([[Fernordnung]]) aufweisen. Dadurch unterscheiden sich amorphe Materialien von Materialien mit einer [[Kristall]]struktur. Insbesondere sind Stoffe im [[Glaszustand]] amorphe Materialien, aber auch Materialien, die aus Bausteinen mit vielen uneinheitlichen Eigenschaften bestehen.

Aufgrund der fehlenden Fernordnung sind amorphe Materialien ebenso wie Flüssigkeiten [[Mikroskopisch und makroskopisch#Physik|makroskopisch]] [[isotrop]], besitzen also keine bevorzugten Raumrichtungen.

Amorphe Festkörper sind thermodynamisch [[Metastabilität|metastabil]]. Je nach Stoff kann es beim Erhitzen oder Abkühlen zur spontanen Kristallisation und damit zur Umwandlung in einen stabileren Zustand kommen.<ref>{{Literatur |Titel=Amorphe Festkörper |Sammelwerk=Lexikon der Physik |Verlag=Spektrum |Datum=1998 |Online=https://www.spektrum.de/lexikon/physik/amorphe-festkoerper/453}}</ref> Das trifft insbesondere auf [[Unterkühlung (Thermodynamik)|unterkühlte Flüssigkeiten]] zu, die unter bestimmten Bedingungen spontan auskristallisieren können.

Amorphe Stoffe befinden sich aus Sicht der [[Physikalische Chemie|physikalischen Chemie]] im flüssigen Aggregatzustand. Amorph sind oft Stoffe, die aus großen Makromolekülen bestehen. Werden diese kristallinen Stoffe durch Schmelzen in den flüssigen Aggregatzustand überführt, so weist diese [[Schmelzen|Schmelze]] auch bei einer hohen [[Umwandlungstemperatur]] immer noch eine hohe [[Viskosität]] auf. Wird nun das System mithilfe einer schnellen Abkühlung [[Unterkühlung (Thermodynamik)|unterkühlt]], so wird der Stoff so unbeweglich (zähflüssig) und die Moleküle können sich nicht mehr oder nur noch sehr langsam als Kristall anordnen.

Der [[Glasübergang|wechselseitige Übergang]] zwischen dem in praktischer Sicht als „fest und glasartig“ (sehr hohe [[dynamische Viskosität|Viskosität]] und niedrige [[Duktilität]]) und dem konventionell als „flüssig“ (geringere Viskosität und höhere Duktilität) angesehenen Zustand bei Temperaturänderung erfolgt kontinuierlich. Auch andere physikalische Eigenschaften ändern sich bei solchen Vorgängen, wie bspw. beim [[Glasübergang]], nicht sprunghaft, sondern kontinuierlich;<ref>{{Internetquelle |url=https://www.spektrum.de/lexikon/chemie/glaszustand/3731 |titel=Glaszustand |werk=Spektrum |sprache=de |abruf=2024-04-14}}</ref> meist allerdings nicht linear. Dabei kann aus thermodynamischer Sicht nicht von Schmelzen bzw. [[Erstarren]] gesprochen werden, es findet weder ein [[Phasenübergang]] statt, noch kann eine [[Schmelztemperatur]] ermittelt werden.

Einige amorphe [[Metalle]] werden auch als metallische [[Glas|Gläser]] bezeichnet. Diese können eine außergewöhnliche Festigkeit aufweisen und zugleich hochelastisch sein.

== Herstellung ==
Die klassische Methode, um den amorphen Zustand zu erzeugen, ist das „schnelle“ Abkühlen einer [[Schmelze]] oder Flüssigkeit. Bedingung für den amorphen Zustand ist, dass sich die Atome bzw. Moleküle beim Abkühlen nicht (erneut) regelmäßig kristallin anordnen können, das heißt, die [[Viskosität]] sollte schnell einen gewissen Wert überschreiten, so dass beim Abkühlen es nicht zur signifikanten [[Kristallisation]] kommt.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.kern.de/de/kunststofflexikon/teilkristallin |titel=teilkristallin {{!}} KERN |sprache=de |abruf=2025-02-02}}</ref> Die kritische Abkühlrate, die nötig ist, um eine Kristallisation weitestgehend zu vermeiden, hängt vom Material ab. Klassische Gläser wie [[Fensterglas]] können auch relativ langsam (z. B. 1 [[Kelvin|K]] je Minute) abgekühlt werden. Die meisten amorphen Metalle benötigen dagegen eine Abkühlrate über 1000 [[Kelvin|K]] je Sekunde.

Eine verwandte Methode ist das Aufdampfen auf ein Substrat durch [[Chemische Gasphasenabscheidung|chemische]] oder [[physikalische Gasphasenabscheidung]]. Auch dabei kühlt die Materie zu schnell ab, um sich nach dem Auftreffen auf das Substrat in eine geordnete Struktur zu bewegen.

Ein anderer Weg ist die Herstellung durch Zerstören der kristallinen Ordnung durch eine starke mechanische Verformung (z. B. in der [[Kugelmühle]]), Beschuss durch Ionen oder eine starke Bestrahlung.

Nicht jedes Material lässt sich in amorpher Form herstellen.

== Eigenschaften ==
{| class="wikitable float-right"
|+ Dichten amorpher und kristalliner Materialien
! Material !! Dichte kristallin !! Dichte amorph
|-
| Silizium || 2,329 g cm−3 || 2,285 g cm−3
|-
|rowspan="4" | Eis ||rowspan="4" | 0,917 g cm−3 || 0,94 g cm−3 (LDA)<ref name="LDA" />
|-
| 1,06 g cm−3(MDA)<ref name="MDA" />
|-
| 1,17 g cm−3 (HDA)<ref name="HDA" />
|-
| 1,26 g cm−3 (VHDA)<ref name="VHDA" />
|}
Da die Atome eine geringe [[Packungsdichte (Kristallographie)|Packungsdichte]] aufweisen, hat der amorphe Stoff fast immer eine geringere [[Dichte]] als der gleiche Stoff in kristalliner Form.<ref>{{Internetquelle |abruf= 2024-04-20 |titel= Einführung in die Materialwissenschaft I: 9. Amorphe Materialien - 9.1.1 Gläser und Polymere
|url= https://www.tf.uni-kiel.de/matwis/amat/mw1_ge/kap_9/backbone/r9_1_1.html |autor= Helmut Föll |datum= 2019-10 |hrsg= [[Christian-Albrechts-Universität Kiel]]}}</ref> Beispielsweise hat [[amorphes Silicium]] eine um etwa 2 % geringere Dichte als kristallines [[Silicium]].<ref>{{Literatur |Autor= J.S. Custer et al. |Datum= 1994-01-24 |Titel= Density of amorphous Si |Sammelwerk=Applied Physics Letters |Band=64 |Nummer= 4 |Seiten= 437–439 |DOI= 10.1063/1.111121 |bibcode= 1994ApPhL..64..437C |ISSN= 0003-6951}}</ref> Abweichend davon bildet bspw. [[amorphes Eis]] Phasen mit einer zwischen 3 % und 34 % höheren Dichte als der von kristallinem Eis.<ref name="LDA">{{Literatur |Autor= O. Mishima, L.D. Calvert, E. Whalley |Titel= An apparently first-order transition between two amorphous phases of ice induced by pressure. |Sammelwerk= Nature |Band= 314 |Datum=1985 |Seiten= 76–78}}</ref><ref name="HDA">{{Literatur |Autor= P. Gyan, A. Hallbrucker, E. Mayer |Titel= Two calorimetrically Distinct States of Liquid Water Below 150 Kelvin |Sammelwerk= Science | Band= 273 | Datum=1996 | Seiten= 90–92}}</ref><ref name="MDA">{{Literatur |Autor= C. G. Salzmann et al. |Sammelwerk= Science |Band= 379 |Nummer= 6631 |Seiten= 474–478 |Datum= 2023-02-02 |DOI= 10.1126/science.abq2105 |Titel= Medium-density amorphous ice |PMID= 36730416 |bibcode= 2023Sci...379..474R |Online= https://discovery.ucl.ac.uk/id/eprint/10165056/1/RPS.pdf }}</ref><ref name="VHDA">{{Literatur |Autor= O. Mishima |Sammelwerk=Nature |Band=384 |Seiten=546–549 |Datum=1996 |DOI=10.1038/384546a0 |Titel=Relationship between melting and amorphization of ice |Nummer=6609|bibcode=1996Natur.384..546M}}</ref> Die Atome sind auch bei „unterkühlten“ Temperaturen weiterhin bestrebt, den kristallinen thermodynamischen Gleichgewichtszustand einzunehmen, ein einmal in Gang gesetzter Phasenübergang kommt (sofern der Stoff weiterhin einer hinreichend tiefen Umgebungstemperatur ausgesetzt ist) nicht zum Erliegen. Allerdings findet der Übergang unter Umständen nur noch sehr verlangsamt statt.<ref>{{Internetquelle |url=https://refubium.fu-berlin.de/bitstream/handle/fub188/3180/05_kap5.pdf?sequence=6&isAllowed=y |titel=Kinetik des Phasenübergangs |werk=Uni Berlin |abruf=2025-03-18}}</ref>

== Beispiele und Anwendungen ==
[[Glas]] ist ein typisches amorphes Material. Der im Handel genutzte Begriff „Kristallglas“ ist deshalb aus chemischer Perspektive unkorrekt. [[Quarzglas]] ist die amorphe Form von [[Siliziumdioxid]] (SiO2). Eine seiner kristallinen Formen heißt [[Quarz]].<ref>{{Literatur |Titel=Anorganische Chemie |Auflage=34.–36., wesentl. umgearb. u. erw. Auflage, Reprint 2020 |Verlag=De Gruyter |Ort=Berlin Boston |Datum=2020 |ISBN=978-3-11-231812-6 |Seiten=324, 340 |Abruf=2026-03-29}}</ref>

[[Metallisches Glas|Amorphe Metalle]] werden mit Hilfe der Rascherstarrungstechnik in Form von dünnen Folien industriell hergestellt. Hauptanwendungsgebiet sind hierbei [[Magnetwerkstoffe]], weichmagnetische [[Legierung]]en (Fe, Ni, Co) und [[amorphe Lötfolie]].

[[Amorphes Silicium]] ist eine nichtkristalline Form des reinen Halbleiters Silicium und wird hauptsächlich für Dünnschicht-[[Solarzelle]]n verwendet.

[[Amorpher Kohlenstoff]] wird durch Verfahren der [[Chemische Gasphasenabscheidung|chemischen Gasphasenabscheidung]] gewonnen.

[[Obsidian]] ist ein natürliches amorphes Material vulkanischen Ursprungs.

Amorphe [[Thermoplast]]e (Kunststoffe) sind beispielsweise [[Polystyrol]] (PS), [[Polyvinylchlorid]] (PVC) oder [[Polycarbonat]] (PC). Viele Kunststoffe sind jedoch [[teilkristallin]].

Auch [[Honig]] kann in einem amorphen, kristallinen oder teilkristallinen Zustand vorliegen. Je nach Sorte und Bearbeitung kristallisiert er nach Erwärmung innerhalb weniger Tage oder Wochen wieder teilweise aus und bildet ein Kristallgitter.

== Siehe auch ==
* [[Nichtgleichgewichtssystem]]
* [[Quasikristall]]
* [[Amorphes Metall]]

== Literatur ==
* Werner Schatt, Hartmut Worch: ''Werkstoffwissenschaft.'' Wiley-VCH Verlag, Weinheim 2003, ISBN 3-527-30535-1.

== Weblinks ==
{{Commonscat|Amorphous matter|Amorphes Material}}
{{Wiktionary|amorph}}

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Mineralogie]]
[[Kategorie:Festkörperphysik]]
[[Kategorie:Weiche Materie (Stoff)]]
[[Kategorie:Biophysik]]

Amorphes Material - Versionsgeschichte

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