准晶简介
- 格式:ppt
- 大小:5.55 MB
- 文档页数:16
准晶体的概念
准晶体(quasicrystal)亦称为“准晶”或“拟晶”,是一种介于晶体和非晶体之间的固体结构。
具有与晶体相似的长程有序的原子排列,但是准晶体不具备晶体的平移对称性。
因而可以具有晶体所不允许的宏观对称性。
准晶体的发现,是20世纪80年代晶体学研究中的一次突破。
”然而,1987年,法国和日本科学家成功地在实验室中制造出了准晶体结构;2009年,科学家们在俄罗斯东部哈泰尔卡湖获取的矿物样本中发现了天然准晶体的“芳踪”,这种名为icosahedrite(取自正二十面体)的新矿物质由铝、铜和铁组成;瑞典一家公司也在一种耐用性最强的钢中发现了准晶体,这种钢被用于剃须刀片和眼科手术用的手术针中。
质疑和嘲笑声包括著名化学家、两届诺贝尔奖得主莱纳斯·鲍林在内的一些化学界权威纷纷质疑谢赫特曼的发现。
即便如此,谢赫特曼也并未动摇自己的信念。
在1984年夏,他们向《应用物理杂志(Journal of AppliedPhysics)》投了一篇稿件,可是,立即遭到了编辑的拒绝,稿件被退了回来。
晶体的定义应当是晶体是内部质点在3维空间呈周期性重复排列的固体或者说晶体是具有周期平移格子构造的固体。
准晶体的定义应当是准晶是同时具有长程准周期性平移序和非晶体学旋转对称性的固态有序相。
相对于晶体可以用一种单胞在空间中的无限重复来描述准晶体也可以定义为:准晶是由两种(或两种以上“原胞”在空间无限重复构成的这些“原胞”的排列具有长程的准周期平移序和长程指向序三维准晶、二维准晶和一维准晶指立体,平面、线条。
准周期性:一些事物运动的规律性不是很强,例如经济的运行,周期就有长有短,像这种不固定的周期就称准周期,以区别于上述意义上的周期.准,本来就是相近相似的意思.所以准周期就是近似意义上的周期。
二十面体准晶因具有磁各向异性而降低了磁导率纳米畴就是具有纳米结构的晶体,它的边界叫畴。
Laves相的晶体结构有三种类型:①MgCu2型属立方晶系,②MgZn2型属六方晶系,③MgNi2属六方晶系晶体的各向异性即沿晶格的不同方向,原子排列的周期性和疏密程度不尽相同,由此导致晶体在不同方向的物理化学特性也不同,这就是晶体的各向异性。
毫米级大块准晶难以制备的原因:生成过程包括成核和长大两个过程。
一般是通过极冷淬火,准晶物质通常是伴随过饱和固溶体和其它金属间化合物一起形成的。
准晶体形成过程虽然还不太楚,但大致可以有以下种基本情况,气体-准晶体,溶体、熔体-准晶体,晶体-准晶体,玻璃-准晶体。
光学性能(高的红外传导率)和足够的热稳定性(抗氧化及扩散稳定性)。
奇趣的准晶准晶体,是一种介于晶体和非晶体之间的固体。
准晶体具有与晶体相似的长程有序的原子排列,但是准晶体不具备晶体的平移对称性。
它像是一种阿拉伯式的原子镶嵌图,华丽,迷人而又充满神秘的异域风情。
准晶的发现1982年,以色列科学家谢赫特曼用电子显微镜测定了他自己合成的一块铝锰合金的衍射图像,发现是一个正十边形的对称结构——对寻常晶体来说这是一个不可能的对称性,因为从数学上很容易证明你不可能用正十边形(或者简化到正五边形)去周期性地铺满平面。
谢赫特曼认为这是一种全新的晶体,它的特点就是只具有准周期性,也就是“准晶”。
Ilan Blech 帮谢赫特曼搞出了一个数学模型,二人这才决定发表论文,结果被APL编辑拒稿。
接下来谢赫特曼回到国家标准局,在John Cahn帮助下进一步完善了数学,然后找到一位真正的晶体学家Denis Gratias入伙,最后文章被PRL发表。
图1.但是当时只有少数科学家接受这是一种新晶体。
关键在于,谢赫特曼实验使用的是电子显微镜,而晶体学界的标准实验工具是更为精确的X射线,他们不太信任电子显微镜的结果。
不能用X射线的原因是生长出来的晶体太小。
一直到1987年终于有人生长出来足够大的准晶体,用X射线拍摄了更好的图像,科学家中的“主流”才接受了准晶的发现。
五次旋转对称性经典晶体学中,无论是14种布拉菲点阵还是230种空间群,均不不允许有五次对称,因为五次对称会破坏空间点阵的平移对称性,即不可能用五边形布满二维平面,也不可能用二十面体填满三维空间。
而准晶的发现颠覆了这种观念,准晶的特点之一就是五次对称性。
其实,矿石界的蛋白石,有机化学中的硼环化合物,生物学中的病毒,都显示出五次对称特征,而数学家们早已为准晶做好了理论铺垫,1974年,英国人彭罗斯(Roger Penrose)便在前人工作基础上提出了一种以两种四边形的拼图铺满平面的解决方案,如图2。
对于Shechtman的准晶体衍射图案和彭罗斯的拼图来说,都有一个迷人的性质,就是在它们的形态中隐藏着美妙的数学常数τ,亦即黄金分割数1.618……。
准晶体的发现及意义提要:准晶是一种介于晶体和非晶体之间的固体,具有完全有序的结构,然而又不具有晶体所应有的平移对称性,因而可以具有晶体所不允许的宏观对称性。
1982年准晶体的发现,给晶体学界带来了巨大的冲击,此后的数十年里,人们对于准晶体的探索从未停止,2009年,自然界发现天然准晶体化合物,时至今日,准晶体的原子排列组成与结构规律尚未被完全解析。
正文:原子呈周期性排列的固体物质叫做晶体,原子呈无序排列的叫做非晶体,准晶是一种介于晶体和非晶体之间的固体。
准晶体具有完全有序的结构,然而又不具有晶体所应有的平移对称性,因而可以具有晶体所不允许的宏观对称性。
物质的构成由其原子排列特点而定[1]。
以色列科学家丹尼尔-谢赫特曼(Daniel Shechtman)因发现准晶体而一人独享了2011年诺贝尔化学奖:2011年,70岁的谢赫特曼将获得1000万瑞典克朗(约合140万美元)的奖金,他发现了准晶体,这种材料具有的奇特结构,推翻了晶体学已建立的概念。
许多年以来,凝聚态物理学家们仅仅关心晶态的固体物质。
然而,在过去的几十年,他们逐渐把注意力转向“非晶”材料,如液体或非晶体,这些材料中的原子仅在短程有序,被称为缺少“空间周期性”。
准晶体的结构在20世纪之前就已经被建筑师熟知,例如在伊朗伊斯法罕的清真寺,上面瓷砖的图案就是按照准晶样式排列。
1961年,数学家王浩提出了用不同形状的拼图铺满平面的拼图问题。
数学家们已经知道,可以用单一形状的拼图拼满一个平面,例如任意形状的四边形或者正六边形,但是当增加拼图单元的种类时,就能够构造出更多的拼满一个平面的方法。
两年后,王浩的学生Robert Berger构造了一系列不具有周期性的拼图方法。
之后铺满平面所需要的拼图种类越来越少,1976年Roger Penrose构造了一系列只需要两种拼图的方法,这种方法拼出来的图案具有五次对称性。
1982年4月8日上午,在马里兰州盖瑟斯堡市国家标准与技术研究院工作期间,谢赫特曼取了铝锰合金样品,为了防止结晶,他事先将样品速冻,并向其中发射了电子束。