准晶材料的发现和进展

准晶体的发现及应用一．准晶体的定义准晶体是一种介于晶体和非晶体之间的固体。

物质的构成由其原子排列特点而定。

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，介于这两者之间的叫做准晶体。

20世纪80年代初以前，科学界对固态物质的认识仅限于晶体与非晶体，而随着以色列人达尼埃尔·谢赫特曼的一次偶然发现，固体物质中一种“反常”的原子排列方式跳入科学家的眼界。

从此，这种徘徊在晶体与非晶体之间的“另类”物质闯入了固体家族，并被命名为准晶体。

二．准晶体的结构银铝准晶体的原子模型物质的构成由其原子排列特点而定。

晶体是指原子呈周期性排列的固体物质，单晶体都具有有规则的几何形状，像食盐晶体是立方体、冰雪晶体为六角形。

而原子呈无序排列的则叫做非晶体，非晶体没有一定的外形，介于这两者之间的叫做准晶体。

也就是说，准晶体具有完全有序的结构，然而又不具有晶体所应有的空间周期性。

人们普遍认为，准晶体存在偏离了晶体的三维周期性结构，因为单调的周期性结构不可能出现五重轴，但准晶体的结构仍有规律，不像非晶态物质那样的近距无序，仍是某种近距有序结构。

尽管有关准晶体的组成与结构规律尚未完全阐明，它的发现在理论上已对经典晶体学产生很大冲击，以致国际晶体学联合会建议把晶体定义为衍射图谱呈现明确图案的固体（any solid having an essentially discrete diffraction diagram）来代替原先的微观空间呈现周期性结构的定义。

三．准晶体的发展历程准晶体的发现，是20世纪80年代晶体学研究中的一次突破。

1984年底，D.Shechtman等人宣布，他们在急冷凝固的Al Mn合金中发现了具有五重旋转对称但并无平移周期性的合金像，在晶体学及相关的学术界引起了很大的震动。

不久，这种无平移同期性但有位置序的晶体就被称为准晶体。

准晶体是1982年发现的，具有凸多面体规则外形的，但不同于晶体的固态物质，它们具有晶体物质不具有的五重轴。

准晶体摘要：准晶体是一种具有有序但不具备传统晶体完全周期性重复结构的材料。

本文将介绍准晶体的基本概念、发现历史、晶体学特征、结构特点以及其在材料科学领域的应用等方面。

通过对准晶体的深入研究，我们可以更好地了解这种材料的特殊性质，从而为今后的材料设计与合成提供更多可能性。

1. 引言准晶体是一种介于晶体和非晶体之间的特殊材料，其结构既具有一定的有序性，又存在非晶体所特有的无规则局部结构。

准晶体的发现给传统晶体学观念带来了很大的冲击，使得人们重新审视晶体结构的多样性和复杂性。

2. 发现历史准晶体的发现可以追溯到20世纪70年代初。

当时，关于准晶体存在的猜测和研究已经逐渐增多，但直到1975年才有科学家首次成功合成出了一种具有五重旋转对称性的准晶体。

这个发现引起了极大的轰动，并引发了整个科学界对准晶体的深入研究。

3. 晶体学特征准晶体的晶体学特征与传统晶体存在一定的差别。

准晶体的晶胞通常具有五重旋转对称性，而不是晶胞中心对称或其他常见的对称性。

此外，准晶体的点阵常数通常不是整数，这也是准晶体与普通晶体的一个显著区别。

4. 结构特点准晶体的结构特点是其与传统晶体最大的不同之处。

准晶体的结构在宏观上呈现出高度有序的态势，但在微观上却存在着一些局部无规则的结构。

这种具有非晶体特点的局部结构是准晶体与普通晶体的本质区别。

5. 应用与前景准晶体具有独特的结构和性质，将为材料科学领域带来许多新的应用与前景。

准晶体在催化剂、材料增强、信息存储、光学器件等方面都有着广泛的应用。

未来，通过对准晶体的深入研究，我们可以更好地利用准晶体的特性，实现更高效、更可靠的新型材料的开发与制备。

6. 结论准晶体作为一种介于晶体与非晶体之间的特殊材料，其结构和性质的研究具有重要的科学意义和应用价值。

通过对准晶体的深入研究，我们可以更深入地了解准晶体的结构特点，为今后的材料设计与合成提供更多的可能性。

相信在不久的将来，准晶体将在材料科学领域发挥着重要的作用。

准晶材料的发展历程及其研究现状摘要：本文介绍了准晶的定义、分类，并阐述了准晶材料的发展历程。

简要概括了准晶材料的国内外研究现状。

最后，概括《热处理对含有十二面体准晶相的Ti1.4V0.6Ni合金电极的电化学性质的影响》大意。

关键词：准晶材料；定义；发展历程1 准晶材料的定义自第一个具有突破传统晶体学范畴的5次旋转对称合金相问世以来，至今人们已相继发现了具有8次、10次和12次旋转对称的合金相，这些合金的电子衍射花样特征表现出不同于晶体的5次对称和高于6次、8次、10次、12次对称，这些差异表明准晶代表了一种新的固态结构。

但5次及6次以上对称在传统晶体中是不允许存在的，因为不能仅仅用这样的几何单元来堆垛成无空隙的空间。

所以这些合金相既不能称为晶体(没有周期平移对称性)，又不能称为非晶体(具有长程有序)。

人们把这种违反传统晶体学理论的合金相命名为准周期晶体(Quasi-periodic Crystal)，简称准晶(Quasicrystal)。

由此可以得到准晶的定义为：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。

2 准晶材料的发展1984年，美国科学家D.shechtman等[1]在研究用急冷凝固方法使较多的Cr、Mn和Fe等合金元素固溶于Al中，以期得到高强度铝合金时，在急冷Al-Mn合金中发现了一种奇特的具有金属性质的相。

这种相具有相当明锐的电子衍射斑点，但不能标定成任何一种布拉维点阵，其电子衍射花样明显地显示出传统晶体结构所不允许的5次旋转对称性。

DShechtman在美国《物理评论快报》上发表的“具有长程取向序而无平移对称序的金属相”一文中首次报道了发现一种具有包括5次旋转对称轴在内的二十面体点群对称合金相，并称之为二十面体相(Icosahedral phase)。

准晶体的发现与应用周宸材料科学与工程2009051005 2011-12-132011年的诺贝尔化学奖公布之后，科学界“天本地裂”。

来自以色列的科学家丹尼尔·舍特曼因发现准晶体而获奖。

准晶体颠覆了常年来的权威，打破了晶体学固有的格局。

所以，我对准晶体很感兴趣，于是查找了许多文献资料。

准晶体的定义是，物质的构成由其原子排列特点而定。

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，海法市以色列理工学院的丹尼尔•谢赫特曼（Daniel Shechtman）发现，一种铝锰合金好像具有五重对称性，也就是说，当其中的原子形成的图案旋转五分之一周（72度）时，图案看起来基本上是相同的。

其他研究人员都嘲笑该发现，因为当时这种排列被认为在数学上是不可能做到的。

然而，科学家们最终认识到，通过自身的排列，图案达到几乎重复但永远也不能重复时，固体中的原子可以得到这样的对称，变成“准晶体”。

先来讲一下为什么准晶体一直不被认为存在。

就像孩子们的简单游戏所证明的那样，该解释对晶体可能拥有的对称性提出了限制。

假如你想通过排列一模一样的瓷砖来铺盖桌面，利用重复的三角形瓷砖可以完成这项含有技巧的任务，所以有可能制造出具有三重对称性的晶体；利用四边形和六边形瓷砖也可以完成这项任务，因此也可以制造出四重和六重对称性的晶体。

但是，利用五边形瓷砖无法完成这项任务，因为瓷砖之间总会有空隙。

于是，不可能存在具有可重复排列的五重对称性晶体。

因此，准晶体难以存在。

但是，科学家可以这样做。

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。

如果这种材料中存在有序排列的原子，电子就会通过原子的表面衍射出来，并且以特定的角度显现出探测器可以辨认的图案。

准晶的发现石贵华刻Girih瓷砖是中世纪中东建筑物的传统装饰图案。

这种图案的基本元素为多重对称的星形和多边形，以华美繁复、炫目瑰丽著称。

令人意想不到的是，这一装饰艺术形式，竟然蕴含着复杂的数学原理，并启发了科学家们，使他们发现了准晶。

一般认为，固体的形态分为两种，即晶体和非晶体。

晶体的结构有序并且拥有平移周期性，非晶体则没有这些特性。

而所谓准晶，恰恰介于这两者之间。

说它是非晶体，可它结构有序；说它是晶体，它又不能平移重复。

准晶独特的结构引人入胜，也让化学家们伤透了脑筋。

准晶结构是由以色列科学家舍特曼于1982年发现的。

他尝试使用急速降温的办法制造金属合金，得到一种全新结构的锰-铝合金。

当舍特曼把新材料放到电子显微镜下观察微观结构时，他惊讶地发现，自己制造的“晶体”完完全全颠覆了传统的晶体学范式——以一个圆点为中心，周围彼此距离相同的十个亮点形成一个更大的圆形。

舍特曼的惊讶是有原因的。

在那个年代，传统的晶体学对称理论在科学家心中早已根深蒂固。

当实验结果与基础理论背道而驰，绝大多数人选择墨守成规、囿于范式，舍特曼却选择相信实验结果。

因此，他提出的准晶结构饱受质疑，凝聚心血的论文被学术期刊拒稿，他甚至被供职的研究所扫地出门。

但是舍特曼依然没有放弃，他又向晶体学权威格雷希斯请教。

格雷希斯深入了解了他的研究之后深表赞同，毅然加入支持准晶的阵营，向晶体学理论宣战。

1984年，他们联名向知名学刊《物理评论快报》投了一篇论文。

话分两头，20世纪60年代，数学家们即开始思考是否能用有限数量的花砖堆放成一种图案不可重复的镶嵌物，即制造出所谓的非周期性的镶嵌物。

到了1974年，英国科学家彭罗斯在观察Girih瓷砖时得到启发，首次构造出有五次对称轴的非周期性的二维镶嵌平面（如图）。

这时人们才发现，早在中世纪阿拉伯艺术家就用花砖拼出了非周期性的对称图案，其中还有五次和十次对称轴的存在。

后来，晶体学家麦凯在彭罗斯镶嵌的结构上放置原子模拟晶体结构，并进行了衍射实验，这一理论结果与舍特曼的实验图像相符。

准晶体的研究及其进展准晶体是指在既不具备完全长程周期性，又不具备完全无序性的晶体结构。

自从准晶体被发现以来，其研究在材料科学和固态物理领域引起了广泛的兴趣。

本文将介绍准晶体的研究历程，以及在不同领域中的应用进展。

准晶体的研究历程可以追溯到20世纪60年代末，当时瑞士的丹尼尔·谢菲勒（Daniel Shechtman）在一次电子显微镜下观察到了铝合金中的一种新奇晶体结构。

他发现这种结构具有五重旋转对称性，在晶体学中是不被允许的。

因此，谢菲勒最初的观察被其他科学家认为是错误的。

然而，谢菲勒坚持验证了自己的观察，最终于1982年发表了他的研究成果，证明了准晶体的存在。

准晶体的发现对晶体学领域产生了巨大的冲击，因为它违背了传统晶体学中对晶体的定义和理解。

过去，晶体被认为是具有完美的时间和空间周期性的结构，而准晶体则打破了这种传统的观念。

准晶体的进一步研究揭示了其独特的结构特征。

准晶体结构由于其非传统的周期性，具有多重旋转对称性。

这种多重旋转对称性导致了准晶体表面上出现五边形、八边形和十边形等特殊的几何形状。

这些几何形状在传统晶体中是不被允许的，但在准晶体中却是常见的。

准晶体的应用也在不断发展。

在材料科学领域，准晶体具有多孔性和较低的密度，因此被广泛应用于陶瓷、合金和涂层材料等领域。

准晶体陶瓷具有优异的耐高温性能和高硬度，因此被用于制造高温环境下的零件和陶瓷刀具等。

准晶体合金具有良好的抗腐蚀性能和机械强度，因此被用于航空、汽车和医疗器械等领域。

此外，准晶体的光学性质也使其广泛应用于光学镜片、激光器和光学纤维等领域。

准晶体的研究进展也涉及到理论模拟和计算机模拟等方面。

随着计算机技术的发展，科学家能够通过模拟和计算来研究准晶体的结构和性质。

通过模拟和计算，科学家能够预测准晶体的稳定性、机械性能和光学性质等。

这些理论模拟和计算结果可以指导实验设计和材料制备，加快准晶体材料的研发和应用。

总之，准晶体是一种独特的晶体结构，其研究自发现以来一直在不断发展。

准晶体的发现及意义准晶体是一种介于晶体和非晶体之间的材料，它具有部分有序的结构。

准晶体的发现对材料科学和材料工程领域有着重要的意义。

本文将从准晶体的发现历史、准晶体的结构和性质、准晶体的应用等方面进行探讨，并阐述准晶体的意义。

一、准晶体的发现历史准晶体的发现可以追溯到20世纪70年代末80年代初，当时石英晶体的研究者通过电子显微镜观察到了一些有着五角或十边形对称的结构，但其结构却不遵循晶格对称性规律。

这些结构在当时被称为“假晶体”或“错误晶体”，直到1984年，丹尼斯·格拉迪赛夫和保罗·施泰因哈特在对一种金银合金的研究中发现了具有五角对称性的结构，他们将其命名为“准晶体”，并详细描述了其结构和性质。

二、准晶体的结构和性质准晶体的结构既不是完全有序的晶体结构，也不是完全无序的非晶体结构，而是介于两者之间的部分有序的结构。

准晶体的结构特点是具有非常复杂和多样性，它包含了晶体和非晶体中常见的一些几何元素，如孔隙、晶胞、聚集体等。

准晶体的结构有时还会出现五角对称、十边形对称或其他非晶体无法呈现的对称性。

这种特殊的结构赋予了准晶体独特的物理和化学性质。

准晶体具有许多独特的性质，例如低摩擦系数、低导热系数、高抗腐蚀性、高硬度等。

这些性质使得准晶体在材料科学和工程领域具有广泛的应用前景。

三、准晶体的应用1.复合材料领域：准晶体可以被用作增强材料的填充剂，提高复合材料的力学性能。

它的高硬度和高抗腐蚀性使其成为一种理想的增强材料。

2.表面涂层技术：准晶体可以通过物理气相沉积、磁控溅射等技术制备成涂层，提高材料的表面硬度和抗磨损性能。

3.催化剂和储氢材料：准晶体也可以作为催化剂的载体，提高催化剂的效率和稳定性。

此外，准晶体内部的孔隙结构可以用来储存氢气，有望应用于氢能源储存领域。

4.电子器件领域：准晶体具有比晶体更低的导热系数，可用于制备热导率较低的电子器件，降低热电偶效应。

此外，准晶体还在纳米技术、强化材料的设计等领域有着广泛的应用前景。