准晶、非晶、纳米晶、粗晶、液晶的结构、性能、制备技术及应用(一)

结构特点性能应用制备法准晶概念随着材料技术的发展，出现了一类结构不符合晶体的对称条件，但呈一定的周期性有序排列新的原子聚集状态的固体，这种状态被称为准晶态，此固体称为准晶。

结构既不同于晶体，也不同于非晶态，原子分布不具有平移对称性，但仍有一定的规则，且呈长程的取向性有序分布，可认为是一种准周期性排列。

一位准晶：原子有二维是周期分布的，一维是准晶周期分布。

一维准晶模型————菲博纳奇（fibonacci）序列其序列以L→L+S S →L(L,S分别代表长短两段线段）的规律增长，若以L为起始项，则会发现学列中L可以成双或成单出现，而S只能成单出现，序列的任意项均为前两项之和，相邻的比值逐渐逼近i，当n →∞时，i=（1+√5）/2二维准晶：一种典型的准晶结构是三维空间的彭罗斯拼图(Penrose)。

二维空间的彭罗斯拼图由内角为36度、144度和72度、108度的两种菱形组成，能够无缝隙无交叠地排满二维平面。

这种拼图没有平移对称性，但是具有长程的有序结构，并且具有晶体所不允许的五次旋转对称性。

三维准晶：原子在三维上的都是准周期分布包括二十面体准晶，立方准晶。

性能准晶室温下表现为硬而脆，韧性较低，准晶材料密度低于其晶态时的密度，比热容比晶态大。

准晶大多由金属元素构成，由金属元素形成的晶体，他们的导电性是人所共知的，金属晶体这些导电性质相比，准晶体一般具有较大的电阻，当温度不太高是，准晶的电阻随温度的增加而减少，实验发现，准晶的导电性随样品质量的改善而降低。

其电阻率甚高，电阻温度系数甚小，电阻随温度的变化规律也各不相同。

应用准晶材料的性能特点是较高的硬度，低摩擦系数，不粘性，耐腐，耐热和耐磨等，但是准经材料的本质脆性大大限制了其应用，目前准经材料的应用主要作为表面改性材料或者作为增强相弥散分布与结构材料中，准经材料在表面改性材料中的应用将准晶材料以涂层，耐热，耐磨，低的摩察系数，耐腐，特殊的光学性能，从而改变材料表面的性质，优化整体材料的性能。

同色顶点相接
格点旳 排列无 周期性， 但到处 具有5次 对称性
准晶构造类型
a.一维准晶 在一种取向是准周期性而其他两个取向
是周期性，存在于二十面体或十面体与结晶 相之间发生相互转变旳中间状态。
b.二维准晶 由准周期有序旳原子层周期地堆垛而构成，
是将准晶态和晶态旳构造特征结合在一起。 存在8、10 和 12 次对称
1.准晶态旳构造
准晶是准周期晶体旳简称，它是一种无平 移周期性但有位置序旳晶体。
有无方法能够铺砌成具有五重对称性旳 无空隙地面？
面积之比为 1.618：1
具有5次 对称轴
1974年penrose提出利用两种夹角分别为72、 72、144、72 和 36、72、36、216度旳四边 形能够将平面铺满.相当于将一种菱形切开成上 述两个四边形。这种图形具有5次对称性。
旳固体材料。
(1)各向同性；
（2）介稳性 有析晶（晶化）旳倾向； （3）熔融态向玻璃态转化旳过程是可逆旳与 渐变旳；
（4）无固定旳熔点；
(5)熔融态向玻璃态转化时物理、化学性质 随温度变化旳连续性。
2、玻璃旳形成条件
A：玻璃形成旳动力学条件
硅酸盐、硼酸盐、磷酸盐等无机熔体或一定成 份旳合金只有冷凝速度不小于一定旳临界速度 才干转变为玻璃。
金属键物质，在熔融时失去联络较弱旳电子， 以正离子状态存在。金属键无方向性并在金属晶 格内出现最高配位数（12），原子相遇构成晶格 旳几率最大，最不易形成玻璃。
纯粹共价键化合物多为分子构造。在分子内 部，由共价键连接，分子间是无方向性旳范德华 力。一般在冷却过程中质点易进入点阵而构成份 子晶格。
所以以上三种键型都不易形成玻璃。
c.二十面体准晶

半导体纳米晶的制备及其应用半导体纳米晶是一种尺寸在纳米级别的半导体材料，可以有着比常规半导体更优秀的光电特性。

近几年来，随着纳米技术的不断发展，半导体纳米晶的制备技术也不断进步，越来越多的研究表明，它有着极其广泛的应用前景。

一、纳米晶的制备原理和方法半导体纳米晶的制备一般可分为以下三个步骤：材料的前驱物制备、纳米晶的形成以及纳米晶的后续处理。

其中，前驱物制备是制备半导体纳米晶的关键步骤之一。

常用的制备方法主要有几种。

1. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种常见的制备纳米材料的方法，它是通过纳米颗粒在溶胶中的成核、长大、聚集和凝胶化等过程制备出纳米晶。

这种方法可以制备各种材料的纳米晶，包括石墨烯、二氧化钛、氧化锌等材料。

2. 气-固相法气-固相法是一种通过气相反应得到纳米晶的制备方法，其优点是可以制备出纯度较高的纳米晶，而且在一定程度上可控。

但其缺点是需要高温高真空条件，制备成本较高，不适合大规模生产。

3. 水热法水热法是一种通过溶液中的水热反应制备纳米晶的方法，应用范围也比较广泛。

该方法需要水热条件，所以适用于制备氢氧化物、碳酸盐等化合物的纳米晶。

以上几种方法都可以制备出高质量的纳米晶，但每种方法都有其适用范围和制备工艺。

二、纳米晶的应用在物理学、化学和材料科学领域，半导体纳米晶的应用非常广泛。

以下是其主要应用领域。

1. 光电材料半导体纳米晶具有较强的光学特性，因此可以广泛应用于光电技术领域，例如显示器件、LED灯等。

2. 生物医学半导体纳米晶还可用于生物医学领域，如抗癌药物的输运、生物成像等方面。

3. 传感器由于半导体纳米晶的大小尺度和表面活性较大，故在传感器方面有着广泛的应用。

例如，以半导体纳米晶为敏感材料制做的气敏、湿度传感器、光传感器等。

4. 纳米电子学纳米电子学是一门新的研究领域，半导体纳米晶则是其中非常重要的组成部分。

纳米晶与普通半导体材料相比，具有较高的电子迁移率、储存电荷等性质，这对于纳米电子学的发展有着重要的意义。

非晶纳米晶合金材料的工艺技术、产业化和应用第一篇：非晶纳米晶合金材料的工艺技术、产业化和应用非晶纳米晶合金材料的工艺技术、产业化和应用自从1960年Duwez教授等人发明液态金属快淬技术制取Au-Si 非晶合金和1966年发明Fe-P-C 非晶软磁合金以来，美国、日本、德国、前苏联和中国等相继开展了非晶合金的研究工作，并在20世纪70~80年代形成非晶合金研究开发的第一次热潮。

由于非晶合金制备工艺简单独特、材料性能优异等显著优点，应用范围不断扩大，四十多年来一直是冶金和材料领域的研究热点之一。

尤其在1988年日本Yashizawa教授等人在非晶化的基础上发明了纳米晶合金，从而开创了软磁材料的新纪元，大大促进了非晶材料制备设备、工艺技术的发展和材料开发应用，推动了非晶纳米晶产业的发展[1~3, 8]。

目前，利用快淬金属工艺技术制备的非晶材料已被广泛地应用于工业领域，除我们熟悉的磁性材料外，还有非晶钎焊材料、非晶催化材料、磁敏及传感器材料等；应用的材料形态有带材、丝材、粉末及薄膜等。

现代科学技术的发展，也大大促进了非晶纳米晶产业的发展，不仅提高了非晶合金制带设备和工艺技术水平，使其生产设备和技术更加自动化、现代化，保证了产品的质量，提高了产品的技术含量，从而满足现代电子技术发展的需要，而且也促进了新技术新材料研究、开发、应用[1~9]。

国外非晶纳米晶产业概况美国曾是世界上最大的非晶材料制造商，Honeywell公司Metglas业务部（前身为Allied Signal公司），是非晶材料制造技术的平板流技术专利所有者，年生产能力3万吨以上，实际年产1~2万吨，带材生产实现自动控制和自动卷取。

2003年被日本日立金属公司收购。

Honeywell公司Metglas业务部拥要两个独资工厂：美国Conway非晶金属制带厂和印度Gurgaon电子铁芯元件厂，两个合资公司：日本非晶质金属公司（NAMCO）和上海汉威非晶金属公司（SHZAM）。