4. Structure des verres
Nous présenterons, pour commencer, un ensemble de données définissant les structures des verres d'oxydes. Puis nous étendrons ces conclusions à des verres non traditionnels dans lesquels l'oxygène est remplacé par un autre non-métal tel que S, Se, Te ou F. Les verres d'oxydes sont constitués d'un réseau tridimensionnel formé par les atomes d'oxygène et les atomes d'un semi-métal A, tels que Si, Ge, B, P, As... Contrairement aux réseaux tridimensionnels et périodiques des produits cristallisés, les réseaux des produits vitreux ne sont pas réguliers, et l'absence de périodicité qui les caractérise les rend peu compacts avec, en leur sein, des espaces vides ou lacunes. Dans ces lacunes sont insérés divers cations Bn+, tels que Na+, K+, Mg2+, Ca2+, Fe3+, etc.
Les atomes A, qui forment avec l'oxygène les réseaux vitreux tridimensionnels, sont appelés formateurs. Les cations Bn+ situés dans les lacunes de ces réseaux sont appelés modificateurs.
Dès 1932, William Zachariasen a formulé un ensemble de règles, qui furent reprises et précisées une dizaine d'années plus tard par Bertram Warren. Ces règles, qui eurent une grande influence sur les recherches concernant les verres, peuvent être décrites de la façon suivante :
– Les atomes formateurs A sont relativement petits. Ils ne peuvent donc être entourés que par un petit nombre d'atomes d'oxygène : trois pour le bore ou l'arsenic, quatre pour le silicium et le germanium. Ces nombres représentent la coordinence de l'atome formateur A.
– Les atomes d'oxygène forment, autour de l'atome formateur A, des motifs structuraux caractéristiques : triangle pour la coordinence 3, tétraèdre pour la coordinence 4. Ces motifs préexistent dans l'état cristallisé. Dans les verres, ils ne sont jamais réguliers et présentent donc des distorsions plus ou moins grandes au sein d'un même réseau. Ce sont les unités structurales constitutives du réseau vitreux, désignées par (AOn), où n est la coordinence de l'élément formateur.
– L'atome d'oxygène ne peut être lié à plus de deux atomes formateurs A. Il peut donc être mis en commun entre deux unités structurales voisin […]
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