准晶体的发现及应用
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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。
2011年诺贝尔化学奖---准晶体的发现和研究
----达尼埃尔· 谢赫特曼（Danielle.Shechtman ）
① 达尼埃尔·谢赫特曼 （个人履历）
1941年，出生于以色列的特拉维夫，以色列人。理论 物理学家，现为以色列工学院工程材料系教授。
1972年，从位于以色列海法的以色列工学院获得博士 学位，随后在美国俄亥俄州赖特－帕特森空军基地航空 航天研究实验室从事了3年钛铝化合物研究。 1975年，谢赫特曼进入以色列工学院材料工程系工作。 1981年至1983年，谢赫特曼利用假期赴美国约翰 斯·霍普金斯大学从事合金研究并在此期间发现准晶体。
③ 达尼埃尔·谢赫特曼的科研态度
谢赫特曼说： “必须成为某个领域的 专家，这是第一位的。 当发现某个新事物的时 候，首先要确定它确实 是新事物，然后再试着 解释所看到的。如果相 信自己的话，就可以听 取他人的意见，但不要 被他们误导，不要放弃。 对我来说，我知道我是 对的。”
④ 成功的历程
谢赫特曼的发现在当时引起极大争议。因执意 坚持自己的观点，曾被要求离开他的研究小组。 “我被赶出了自己所在的研究团队，同事们说 我的研究让他们蒙羞。”谢赫特曼回忆说，“对 此，我并不在意，我深信自己是对的，他们是错 的。” 美国化学协会主席纳西· 杰克逊采访时表示： “因为他们认为这违反了自然‘规则’。” “他（鲍林）公开说：达尼埃尔· 谢赫特曼在胡 言乱语，根本没有什么准晶体，只有‘准科学 家’。”谢赫特曼回忆说。
2011年10月5日，获得诺贝尔化学奖，一人独享1000万瑞典 克朗（约合146万美元）奖金。 自1986年起，谢赫特曼已获 来自物理、化学等领域共计10余个奖项。
② 达尼埃尔·谢赫特曼的成就贡献
谢赫特曼发现了准晶体，这种材料具有的奇特 结构，推翻了晶体学已建立的概念。从根本上改 变了化学家们看待固体物质的方式。
准晶体的性能及其应用
准晶体的性能及其应用潘正根0943011041四川大学材料科学与工程学院摘要：1984年底, 美国国家标准局的Shechtman 等人报导了他们在急冷Al-Mn 合金中观测到五次对称电子衍射图的相, 它不具有传统晶体学的对称性，称这种具有5次对称而无周期平移序的物质为准周期性晶体（准晶）。
准晶体具有独特的属性，坚硬又有弹性、非常平滑，而且，与大多数金属不同的是，其导电、导热性很差，因此在日常生活中大有用武之地。
科学家正尝试将其应用于其他产品中，比如不粘锅和发光二极管等。
1准晶的性能1.1物理性能1.1.1密度准晶的密度比经过退火后得到的相同成分晶态相的密度约低2% , 这表明准晶中原子的排列虽然比较密集,但其有序度低于晶态合金。
1.1.2导电性与金属的导电性质相比，准晶显示出一种迥然不同的性质。
准晶一般有比较大的电阻；如在温度为4K 时二十面体准晶Al -Cu-Fe的电阻率ρ（4K）=4.3m Ω cm， I-Al-Cu-Ru 的电阻率ρ（4K）=30m Ω m。
当温度不太高时，准晶的电阻随温度的增加而减少，在AlCuCo 二维准晶中, 沿10次轴这个周期方向, 电阻随温度升高而增大（圆圈）, 与金属中的情况一致；而在与此正交的准周期方向, 电阻随温度升高而减小（圆点）, 与半导体相似。
这种反常的各向异性可能对制造电子器件有用。
美国贝尔实验室也在进行类似的研究。
准晶的电阻与其组分浓度有关。
实验发现，准晶的导电性能随样品质量的改善反而降低。
准晶异常的导电性能反映准周期结构对物理性能的影响，它可以从准周期系统中电子结构的异常性中得到解释。
1.1.3导热性与普通金属材料相比, 准晶材料的导热性较差。
在室温下准晶的导热率比铝和铜低两个数量级、比不锈钢低一个数量级,与常用的高隔热材料ZrO2 相近。
与准晶的电阻率一样,准晶的导热性也具有负的温度系数,并且对准晶结构的完整性也较为敏感,即准晶结构越完整其导热性越差。
准晶体材料的性质与应用
准晶体材料的性质与应用准晶体是一种介于晶体和非晶体之间的材料，其结构具有一定的有序性，但不符合传统晶体的周期性。
准晶体具有许多特殊的性质，因此在材料科学、物理学等领域有着广泛的应用。
1. 准晶体的性质准晶体的最显著特点是其结构对称性具有五重、八重等轴对称性，而非传统的三重对称性。
这种特殊的结构对称性在某些情况下可以表现出类似于激发物质的行为，使准晶体具有独特的物理和化学性质。
例如，准晶体具有很强的非线性光学效应、声学波的负折射、显微结构的“金点”等特殊性质。
准晶体的结构各异，但准晶体晶体的本质是长程有序的，这使得准晶体具有更高的热导率、强度和硬度，相比之下，非晶态材料通常有缺陷、孔隙和较差的热导率、强度和硬度。
因此，准晶体在透声学、膜、电池、催化剂、纳米制造等方面有非常广泛的应用前景。
2. 准晶体在透声学中的应用透声学是一种将短波长声波传输到材料中的方法，从而产生负群速的科技。
准晶体有效地抑制了声子传播，因此可以通过孔隙设计和微结构分析来制造出适用于透声学应用的板材。
准晶体透声学板材有更高的声学透射率和声学反射率，并能够有效地压制噪声和声振幅，广泛地应用于静音室设备、汽车、船舶等领域。
3. 准晶体在膜制造中的应用准晶体是一种理想的膜材料，具有优异的硬度、热导率和生物相容性。
这种材料可以被用作人工心脏和人工血管等医疗器械，用于治疗心血管疾病。
此外，准晶体膜还可以用作高温膜电容器和面层硬盘及其他数据存储设备的新型材料。
4. 准晶体在电池领域中的应用准晶体具有可缩放性，这意味着可以将其用于制造锂离子电池、钠离子电池和锂硫电池等大型储能设备。
这种物性可以让电池内的电解液更加均匀地分布，并减少了表面粘附问题，改善了电池的寿命和储能效率。
5. 准晶体在催化剂中的应用准晶体具有高比表面积、多结构和高度有序等特性，因此被广泛地应用于各种领域的催化剂中。
准晶体的多孔结构提供了大量的反应表面，因此可以有效地防止酸催化剂中的腐蚀和麻烦的沸腾等问题，同时也能提高反应速率。
准晶体的发现与应用
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。
准晶材料的发现和进展
准晶材料的发现和进展准晶材料是介于晶体和非晶体之间的一类特殊材料，具有无规则的原子排列规律，但却具备晶体材料的一些性质，如高强度和较好的耐磨性。
准晶材料的发现和进展对于材料科学和工程领域具有重要的意义。
下面将从准晶材料的发现、性质以及应用等方面对其进展进行详细介绍。
准晶材料的发现可以追溯到上世纪50年代，当时科学家对于金属结构的研究中发现了一些非晶态相，这些非晶态相具有一定的长程有序性。
到了上世纪70年代，丹麦科学家彼得·汀斯马克（Peter Z. Tien）在对于铝镓合金的研究中发现了第一个具有准晶结构的合金，这个合金的晶格结构具有五角旋转对称性，因此被命名为“五角型准晶体”。
此后，科学家们又陆续发现了其他具有准晶结构的合金，如铝铁硅合金、铝镍钴合金等。
准晶材料具有一些特殊的性质，首先是高硬度和高强度。
准晶材料的原子排列具备无规则的规律，因此具有较高的抗变形能力，可用于制造高强度的结构材料。
其次，准晶材料具有优异的耐磨性。
由于准晶材料的原子排列无规则，使得其表面的摩擦系数较小，能有效抵抗磨损和摩擦。
此外，准晶材料的热导率较低，抗氧化性较好，并且具有较高的化学稳定性，可以应用于高温和腐蚀环境下的材料。
准晶材料的进展为材料科学和工程领域带来了许多重要的应用。
首先，准晶材料被广泛应用于合金材料中。
通过调控合金中的元素比例，可以制备出具备特定准晶结构的合金，这些合金在航空航天、汽车制造等领域具有广泛的应用。
其次，准晶材料还可以用于制备高效的催化剂。
由于准晶材料具有丰富的表面活性位点和独特的电子结构，使得其在催化反应中表现出良好的催化活性和选择性，对于环境保护和能源开发具有重要意义。
此外，准晶材料还可以应用于摩擦学、电子器件等领域。
总之，准晶材料的发现和进展对于材料科学和工程领域具有重要的意义。
它们的独特结构和性质使得其在高强度结构材料、催化剂以及其他领域中得到了广泛应用。
随着对准晶材料的进一步研究和理解，相信准晶材料在更多领域中将发挥更大的作用。
准晶体的结构与物理特性研究
准晶体的结构与物理特性研究准晶体是介于晶体和非晶体之间的一种结构，它包含有细微的周期性结构，但又缺乏完全的周期性。
准晶体的发现使得研究人员更深入地了解了物质的结构和物理特性，并在材料科学等领域有着广泛的应用。
本文将介绍准晶体的结构与物理特性的研究现状。
一、准晶体的结构准晶体的结构与晶体有着相似之处，它们都包含有周期性的结构。
但相较于晶体，准晶体的周期性结构更为复杂和不规则。
早期的准晶体研究发现，准晶体具有一定的对称性，但不完全满足布拉格-费维条件，从而导致准晶体的X射线衍射图案不同于晶体的点阵图案。
随着研究的深入，准晶体的对称性已经有了更准确的描述方法。
例如1985年诺贝尔化学奖得主高斯曼通过分析准晶体的五重旋转对称性得出了120面体准晶体的宏观对称性。
二、准晶体的物理特性准晶体的物理特性不同于晶体，但也不同于非晶体。
因此，它们具有独特的性质。
以下将介绍准晶体常见的物理特性：1. 光学性质准晶体的光学性质因其结构的不规则性而具有较弱的吸收和反射能力。
这些性质使得准晶体在某些领域中具有一定的应用价值。
例如用于涂膜材料或者光学元件中。
2. 电学性质准晶体中存在大量的结构缺陷，这些缺陷导致准晶体中电子的运动受到限制，进而影响其电学性质。
然而，由于准晶体的结构多样，它们也可能显示出不同的电学性质。
例如在纳米晶体材料中，准晶体具有优异的场致发光性质，在某些情况下可以应用于荧光标记材料。
3. 磁学性质与电学性质类似，准晶体的磁学性质也受其结构缺陷影响，使得准晶体的磁学性质与晶体的不同。
有些准晶体的磁学性质随温度的变化呈现出不同的特性，这也为一些应用提供了优越的条件。
4. 力学性质准晶体的结构复杂，具有大量的结构缺陷。
这些缺陷可能导致准晶体表现出与晶体的不同力学性质。
例如，准晶体可以具有提高材料强度和韧性的效果，这在某些材料应用方面也具有较广泛的应用。
三、准晶体的应用由于准晶体具有丰富的结构和物理特性，使得它们在许多领域中都具有潜在的应用价值。
准晶体的研究及其进展
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——21世纪的新奇材料
21世纪的新奇材料：准晶体——综述准晶体的奇异物性和可能用途专业：物理学姓名：张文斌学号：09405130 摘要：2011年10月5日诺贝尔化学奖揭晓，以色列科学家达尼埃尔▪谢赫特曼（Danielshechtman）教授因发现准晶体(quasi-crystal)而独享这份殊荣。
准晶体的发现给科技界带来了极大的震动，颠覆了传统晶体学理论，打破了晶体学固有的格局，成为各领域科学家关注的焦点，其具有的独特性能，也大大激发了人们对其研究的热情。
本文主要从两个方面论述这一新奇材料：即准晶体的奇异物性和可能用途。
关键词：诺贝尔化学奖准晶体奇异物性可能用途正文：2011年10月5日诺贝尔化学奖揭晓，以色列科学家达尼埃尔▪谢赫特曼（Danielshechtman）教授因发现准晶体(quasi-crystal)而独享这份殊荣。
诺贝尔化学奖评选委员会在发表的声明中表明：从原子级别观察准晶体形态，会发现原子排列具有规律，符合数学法则，但不以重复形态出现。
获奖者的发现给科技界带来了极大的震动，颠覆了传统晶体学理论，打破了晶体学固有的格局，改变了科学家对固体物质结构的认识；准晶体的发现，因此而成为各领域科学家关注的焦点，其具有的独特性能以及可能用途，也大大激发了人们对它的研究热情。
一、准晶体及其发现：何谓准晶体呢？所谓准晶体，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。
准晶体具有完全有序的结构：在准晶体的原子排列中，其结构是长程有序的，这一点和晶体相似；但是准晶体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，这一点又和晶体不同。
普通晶体具有的是二次、三次、四次或六次旋转对称性，但是准晶的布拉格衍射图具有其他的对称性，例如五次对称性或者更高的六次以上对称性。
关于准晶体的发现，其过程具有很大的传奇性。
关于这种长程有序的结构，其实早有发现，数学家在1960年代就推测出了这种对称模型；但是直到快20年后这种理论上的结构才和准晶体的研究联系起来。
准晶体的发现及意义
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。
准晶体的发现及意义
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。
发现准晶体的启示
发现准晶体的启示——评郭可信著《准晶研究》■李日升准晶体的发现，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无平移周期性的合金相，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。
在此前后，郭可信及其合作者在对高温合金中的四面体密堆合金相的高分辨电子显微镜观察中，于1984年夏发现五重旋转对称的电子衍射图，1985年初在Ti2Ni合金中发现了二十面体准晶。
这些发现，同样引起了国内外的瞩目。
1985年以来，本书作者组织和带领了一批中、青年学子，对准晶体的合金学和晶体学开展了系统深入的探索和研究，先后发现了八次、十次对称准晶以及一维和立方准晶，历时20年，在国内外发表了160多篇论文。
这本由郭可信撰写的的《准晶研究》（浙江科技出版社出版）就是在这种系统深入研究的基础上写成的。
该书不仅系统地总结了作者及其研究集体在这一领域所取得的一系列开创性的成果，而且在相关章节也详尽地介绍了国内外同行的工作，是目前国际上准晶晶体学和合金学领域的最新最全面的学术专著。
20年来，郭可信陆续发表的研究成果，对国内外准晶研究产生了很大的影响。
1987年，作者在一次讨论准晶体的国际学术会议上，针对当时一些知名晶体学家，特别是其中的代表人物———晶体学权威、诺贝尔化学奖得主L.Pauling斥责“准晶”一词为胡说八道（Nonsense），以自己的实验观察结果为依据，批驳了“准晶”实际是“孪晶”的观点，对推进国内外有关准晶的研究起了重要的作用。
此后，他又多次参加讨论准晶的国际学术会议，作主旨讲演，介绍了他的研究小组在准晶研究上的新进展，在准晶晶体学和合金学的形成和发展中做出了突出贡献，得到了国内外同行的肯定。
1987年，作者关于五重旋转对称和TiNi准晶体的发现获国家自然科学一等奖。
准晶体 (2)
准晶体简介准晶体是一类介于晶体和非晶体之间的特殊结构物质。
与晶体具有一定的有序性，但又不完全符合晶体的周期性。
准晶体的发现在材料科学领域引起了广泛的研究兴趣。
本文将介绍准晶体的定义、发现历史、结构特点及应用领域等相关内容。
定义准晶体是指具有长程有序但不具备完全晶体对称性的结构。
相比于晶体的周期性排列，准晶体的周期性具有更高的复杂性。
准晶体的单位结构具有多种不同的对称元素，如旋转对称、镜像对称和滑移对称等，使得准晶体具有多种不同的结构。
发现历史准晶体的发现可以追溯到20世纪50年代末期。
1961年，丹麦科学家贝尔内尔斯（Shechtman）在进行合金研究时，观察到了一种五角对称的晶体衍射图样，该发现与传统晶体的对称图案有所区别。
然而，贝尔内尔斯的发现一度受到了科学界的质疑和争议，被认为是错误观察结果。
经过多年的研究和探索，贝尔内尔斯的发现最终得到了确认，并于2011年获得了诺贝尔化学奖。
结构特点准晶体的结构特点是其最具有特色的特征之一。
准晶体的周期结构中存在不成比例的单位。
这些单位覆盖了空间，通过旋转、滑移和倾斜等运动产生多种对称元素。
准晶体的对称性和周期性都是以高度复杂的方式出现的，使得准晶体呈现出丰富的结构多样性。
准晶体的结构通常可以通过X射线衍射、透射电子显微镜等实验技术进行表征。
通过这些实验，可以建立准晶体的空间群、晶胞参数等参数，揭示准晶体的周期性和有序性。
应用领域准晶体由于其特殊的结构和性质在多个领域具有广泛的应用潜力。
在材料科学领域，准晶体被用于开发新型合金材料。
准晶体合金具有较高的强度、硬度和耐磨性等优异性能，广泛用于制造航空航天、汽车和电子设备等领域的高性能零件和工具。
准晶体还在表面涂层技术中得到应用。
利用准晶体的特殊结构和性质，可以制备出表面硬度高、磨损性能优良的涂层材料，用于提高复合材料和金属零件的表面性能和耐久性。
此外，准晶体还具有光学、电学和磁学等性质，被应用于光学器件、传感器、电子器件以及催化剂等领域。
准晶体的研究及其进展
六、总结
1、准晶是一种特殊结构的晶体，原子的排列没有周期性， 但是长程有序，因此在TEM和XRD中都表现出明锐的亮点 但是长程有序，因此在TEM和XRD中都表现出明锐的亮点 或者峰。很多人认为准晶是介于晶体和非晶的一种物质， 因此XRD的峰应该比较宽，这个想法是错的，高质量的准 因此XRD的峰应该比较宽，这个想法是错的，高质量的准 晶单晶的峰很窄，跟Silicon差不多。准晶单晶看起来也 晶单晶的峰很窄，跟Silicon差不多。准晶单晶看起来也 跟普通的晶体没有什么区别，断面跟silicon晶体的断面类 跟普通的晶体没有什么区别，断面跟silicon晶体的断面类 似，非常的亮。 2、准晶的结构非常复杂，很难通过常规的方法解析。准 晶没有周期性，所以没有晶胞的概念，从另一个角度也可 以说准晶的晶胞是无穷大的。 3、准晶有稳定的也有亚稳态的。
三、准晶的结构模型
3、三维准晶模型-三维彭罗斯拼砌模型 、三维准晶模型美国物理学家D.Levine等进一步研究了三维彭罗斯拼图 美国物理学家D.Levine等进一步研究了三维彭罗斯拼图 和它的衍射花样。
四、准晶体的性能及应用
（一）准晶的性能 1、密度：准晶的密度比经过退火后得到的相同成分晶态相的密度约 低2%。 2%。 2、导电性：电阻率高、负的温度系数（温度升高电阻率反而升高）、 样品质量越差电阻率越低、很强的各向异性。 3、导热性：低导热率、负温度系数，接近陶瓷的隔热性能，与普通 合金截然不同。 4、磁性能：至今没有发现准晶所独有的磁性能。 5、力学性能：室温下与普通金属化合物类似，硬而脆。准晶的硬度 与陶瓷相仿，远高于高强铝合金，而韧性较低，脆性较大，是陶瓷的 4倍。 6、摩擦性能：准晶薄膜具有较好的耐磨性。 7、表面抗氧化及不粘性。 8、储氢特性。 9、弥散强化特性。
“准科学家”的准晶体
体 材料 的看法 ， 找到 了除 晶体 、 非晶体 外 的第三 种可 能。而 这种 被命 名 为准
晶体 的 “ 类”， 异 终于 获得 了最 权威 的 科 学界认可。
权威 的 《 物理评论 快报 》。 具慧眼 的 独 编辑 让两篇 文章 以最 快的速 度先 后发
表 ， 即在化 学界 引发轩然 大波。 立 然 而 ， 两篇 论 文仍 旧没 有 打消 这
衍 射花 样 与达尼 埃 尔 ・ 赫 特 曼等人 谢
５ Ｉｌ 科 技 奖 励 ＣＨＩ ２ Ｉ阳 ＮＡ ＡＷＡＲＤＳ Ｆ Ｃｌ ＯＲ Ｓ ＥＮＣＥ ＡＮＤ ＥＣＨＮＯＬ Ｔ ＯＧＹ
一 Leabharlann ｌ ｌｉ 臻 ；
｝ 翟
瑞典 皇家科学院称 ：“ 与此前人们 认 为的原子在 晶体 内呈对 称模 分布的 理 论不 同 ， 赫 特曼 揭示 出原子 在 晶 谢 体 内的堆 积 形态 可 以不重 复 。”这种
关注 ｌ ｏ ｃ ｒ ｎ ｅｎ Ｃ
【 科研经历启示 ・ ０ １ ２ １年诺贝尔化学奖 】
“ 准科学 家＂的准 晶体
本刊记者 叶 蕾
２ １ 年１ 月５ 瑞典 皇家科学 院 ０ １ ０ 日， 宣布 ， 以色列科学 家达尼埃 尔 ・ 赫特 谢
相 ， 电子 衍射 斑 具有 明显 的五 次对 其
一
历经磨难 的 “ 准科学家”
２ 世 纪８ 年代 以前 ， 学 界对 固 ０ ０ 科 态物 质 的认识 仅 限于晶体 与非 晶体 。 人们 普遍 认 为， 据 固态 物质 构成 的 根 原子 排列 规 律 ， 晶体 内原子应 呈现 周 期 性对 称 有序 排列 ， 非晶体 内原 子呈 无序排列 。 １ ８ 年 ４ 日的早上 ， ９ ２ 月８ 一幅违 反 自然 定律 的图像 出现在正在做 铝锰 合
准晶体 简介
分形学图形
准晶体性质
电性能：
与金属的导电性质相比，准晶体一般电阻较大。 当温度不太高时，准晶的电阻随温度的增加而减少。 准晶的导电性能随样品质量的改善反而降低。
热性能：
导热系数K很小，且与温度密切有关。 实验观察到准晶的热性能有明显的各向异性。
磁性能：
霍尔系数为负，但绝对值比金属大两个数量级， 并随温度的增加可能改变方向。
准晶材料的应用
由于准晶材料有较高的硬度、低摩擦系数、低表面能、 低传热性、不粘性、耐蚀耐热和耐磨等特点。准晶材料的 主要作为表面改性材料，以及作为增强相弥散分布于结构 材料中。 在实际生活中，因为准晶材料具有耐蚀耐磨等特点， 可用于不粘锅表面更抗腐。 航空航天工业中，科学家们正研究用准晶体材料来替 代这些传统材料隔热。 太阳热能工业中，准晶体因具有特殊的光学性能（高 的红外传导率）和足够的热稳定性（抗氧化及扩散稳定性） 还被用作太阳能工业薄膜材料。 准晶体材料还可以作为结构材料增强相的应用、储氢 材料、半导体材料以及热致发电材料等。
谢谢！
1987年法日科学家成功地在实验室中制造出了大到足以被x射线观察到的准晶体结构证实了2009年科学家在俄罗斯的矿物中发现了准晶体瑞典一家公司在一种耐用性最强的钢中发现了准晶体这种钢目前被用于剃须刀片和眼科手术用的手术针中
准晶体
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相，这种长程有序但无平移 对称性的结构被称为准晶体。 1985年初，郭可信等人在Ti-V-Ni合金中发现了 二十面体准晶体。 当时人们普遍认为 ，自然界中不可能存在具有 谢赫特曼发现的那种原子排列方式的晶体。 1987年，法、日科学家成功地在实验室中制造 出了大到足以被X射线观察到的准晶体结构，证实了 谢赫特曼的发现。 2009年，科学家在俄罗斯的矿物中发现了准晶体， 瑞典一家公司在一种耐用性最强的钢中发现了准晶体， 这种钢目前被用于剃须刀片和眼科手术用的手术针中。
准晶材料的研究进展
合金相 ， 并称之为二十面体相 ， 由此揭 开了准 晶研究 的序幕。准
晶的发现在固体科 学界 产生 了很大的震动 。 科学周刊报道此发
（） ２深过冷技术。深过冷技术是通过各种有效 的净 化 方法 ，
最 大限度地避免或消除熔体壁和熔体 中异质形核作用 ， 即从热
力学方面抑制晶体相的形成 ， 使合金液获得在常规凝 固条件下
包裹 、 熔盐 净化与循环过热相结合等多种方法。 （） ３机械合金化。 机械合金化是通过钢球 的撞 击使合金粉末
观察到 的合金相解释为具有长Leabharlann 准周期平移序 的合金相 ， 这并
没有违背 “ 周期性 晶体不可能具有五次或七次 以上旋 转对称 ”
的法 则 。 １８ 首 次 关 于 准 晶 的报 告 发 表 后 ， 即在 国 际 上掀 ９ ４年 立
构越完整电阻率越高 。②负的温度系数 ， 温度升商 电阻率反而
提供 有利 条件 。现在 的制备方法主要有 ： （） １急冷凝 固。 急冷 凝 技术是通过各种急速冷却的方法冷
下 降。③电阻率对合金成分和准晶的结构完整度 十分敏感 ， 样 品质量越差则电阻率越小 。 少量的掺杂都会使准晶的电 阻率成
的方 法 。
准晶是 １８ 由 Ｓ ｅｈｍ ｎ 人首先于急冷 Ａ 一 ｎ合金 ９ ４年 ｈｃｔ ａ 等 １Ｍ 中发现的。 ｈ ｅｔ ａ Ｓ ｅｈｍ ｎ等在一篇题为《 具有长程取 向序而无平移 对称序 的金属相 》 的论 文中 ， 报道 了他们在 急冷凝 固的 Ａ 一 ｎ １Ｍ 合金 中发现一 种包括 五重旋转轴在 内的二十面体 点群对称 的
【 中图分类号】 Ｇ ３ ． ６３ ３ ２ 【 文献标识代码】 Ａ 【 文章编号】 １７ — ４ ７２０ ） — ６— ２ ６ ２ ０ ０ ｛０ ９ １ ０４ ０ ０
准晶材料的研究及应用
系统 中 Ｈａｌ 应 与磁 阻 ；后者 表 现 为 ｌ效 宏 观 系 统 有 不 同的 磁 性 。 实 验 发现 二 ｌ
十面 体准 品 Ａ卜 Ｃｕ ｅ的 Ｈａｌ Ｊ Ｆ ｌ 系数 为
３结语 ． 准 晶体 是 ８ ０年 代凝 聚 态物 理 的 两
大 进 展 之 一 。 准 品材 料 最 早 应 用 于 不
理 空 间 的 材 料 中 ，原 子 二 维 呈 准 周 期 分 布 ，另 外 一 维 呈 周 期 分 布 。 实 验 上 已 发现 的 二 维 准 晶有 十 次 准 晶 、十 二 次准 晶、八 维准 晶和五 维准 晶 四类 。
伍 陶陶 刘育 樊振 军
中 国地 质 大 学 （ 京 ） 材 料 科 学 与 工 程 学 院物 理 实 验 中 心 北
摘 饕 蠹 蠹 。 ： 旋转轴 、 二次 旋 转 轴 、 八 次 旋 转 轴 本文简 要介绍了 准晶体的分类及准晶的导电 ；和 五 次 旋 转 轴 维 准 晶指 的 是 其 中
一
１ Ｏ 时 为正 ，且随 外场 增 加而 增加 ； Ｋ ０
。
但 若温 度大于 １０ 时 ，磁 阻将 随外 场 ０Ｋ
。
：
力 学 上 的 稳 定 性 ，可 将 其 分 为 稳 定 准
干涉解释 。
引言
晶 体 的 最 基 本特 征 就 是 具 有 周 期 性 。即在 三维 空 间中 ，完 整地 晶体可 由 有 序制约 了旋 转对 称性 ， 只能 有 １ 、 即 次 ２次 ３次和 ６次旋 转 对称 这 几 种 。 但
科… 。 寺
性 ，准 周 期 是 指 质 点 的 排 列 具 有 长 程 导 电性 能 反映 准 周期结 构对 物理 性 能的 有 序 ，但 不体 现 周 期 重 复 。 根 据 三 影 响 ，它 可 以 从 准 周 期 系统 中 电子 结 维 物 理 空 间 中材 料 呈现 的 维 数 ， 可 以 把 准 晶分 为 三 维 准 晶 、 二 维 准 品 和 一 维 准 品 。 所 谓 三 维 准 晶 ，指 的 是 三维
准晶体的发展及其应用
准晶体的发展及其应用准晶体是一种非晶体和晶体之间的结晶态结构，具有部分晶体和部分非晶体的特性。
准晶体的发展始于20世纪70年代，当时人们开始对金属合金的统计构造进行研究。
准晶体的发展受益于X射线衍射实验技术的进展，研究人员发现了很多金属合金的准晶体结构。
准晶体的应用范围非常广泛，涉及到材料科学、化学、物理学等多个领域。
准晶体的发展史可以追溯到1980年代初，当时法国科学家Daniel Shechtman发现了一种自旋切变准晶体。
这项发现被认为是科学界一个重大突破，随后被授予了诺贝尔化学奖。
自那以后，准晶体的研究得到了广泛的关注和深入的探索。
准晶体的结构特点主要包括五角星、六角星等复杂的几何图形。
正因为这种特殊的结构，准晶体具有一些独特的性质和应用价值。
例如，准晶体具有低的导热系数和低的电导率，这使得准晶体在热障涂层材料和隔热材料中有广泛的应用。
此外，准晶体具有良好的抗磨损和耐腐蚀性能，可以用于生产高硬度的刀具和耐腐蚀的材料。
除了上述应用外，准晶体还在光学领域中有着重要的应用。
由于准晶体的特殊结构，它们显示出一些特殊的光学效应，如布拉格散射和布拉奇光学效应。
这些光学效应为准晶体在光学通信、光学调制和激光技术等领域的应用提供了潜在的可能。
准晶体还可以用于电子封装材料和光电子封装材料中。
准晶体的非晶态结构使其在电子封装中具有优良的导热性能和机械性能，能够有效地降低温度应力和热膨胀系数不匹配引起的热疲劳问题。
此外，准晶体还可以用于合金材料的增强。
通过将准晶体引入到合金中，能够显著提高合金的强度和硬度，并且减少晶界的存在，提高合金的抗腐蚀性能。
准晶体的应用还在不断扩展，例如在能源存储领域中，准晶体材料可以作为电池材料和储氢材料。
此外，在生物医学领域中，准晶体也被用于制备生物传感器和人工骨骼等器械。
总的来说，准晶体作为一种新型的结晶态结构，具有独特的物理性质和广泛的应用前景。
随着准晶体研究的不断深入和技术的不断进步，相信准晶体将会在材料科学和工程领域发挥更重要的作用。
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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。
如图给出的含钬－镁－锌三种金属的准晶体的正十二面体外型。
已知的准晶体都是金属互化物。
2000年以前发现的所有几百种准晶体中至少含有3种金属，如Al65Cu23Fe12，Al70 Pd21Mn9等。
但最近发现仅2种金属也可形成准晶体，如Cd57Yb10〔Natur e,2000,408:537〕。
有关准晶体的组成与结构的规律仍在研究之中。
有关组成问题值得重视的事实如：组成为Al70Pd21Mn9的是准晶体而组成的Al60Pd2 5Mn15却是晶体。
有关结构问题，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最近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 diffractio n diagram）来代替原先的微观空间呈现周期性结构的定义。
在实际上，准晶体已被开发为有用的材料。
例如，人们发现组成为铝－铜－铁－铬的准晶体具有低摩擦系数、高硬度、低表面能以及低传热性，正被开发为炒菜锅的镀层；Al65Cu23Fe12十分耐磨，被开发为高温电弧喷嘴的镀层。
四．准晶体发现者获2011年度诺贝尔化学奖
诺贝尔奖评选委员会第102次颁出化学奖2011年度诺贝尔化学奖于北京时间10月5日揭晓，以色列理工学院的丹尼尔-谢德曼（Daniel Shechtman）因“发现准晶体”而一人独享了这一殊荣。
今年70岁的舍特曼将获得1000万瑞典克朗(约合140万美元)的奖金。
舍特曼发现了准晶体，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”。
1982年，舍特曼在美国霍普金斯大学工作时发现了准晶，这种新的结构因为缺少空间周期性而不是晶体，但又不像非晶体，准晶展现了完美的长程有序，这个事实给晶体学界带来了巨大的冲击，它对长程有序与周期性等价
的基本概念提出了挑战。
五．准晶体的应用
准晶材料的应用主要作为表面改性材料，以及作为增强相弥散分布于结构材料中。
在实际生活中，准晶体早已被开发为有用的材料。
像我们最常见的不粘锅炊具，因为准晶材料具有耐蚀耐磨等特点，用于不粘锅表面更抗腐。
在隔热性能方面，相比泡沫、纤维、金、银、镍、铝箔等传统隔热材料，准晶体具有密度小、耐蚀和耐氧化的优点，在航空和汽车工业的发动机等部件中，有非常大的应用价值。
以前，航空航天工业中，飞机座舱和驾驶舱内常用泡沫塑料、超细玻璃棉、高硅氧棉等材料，而现在，科学家们正研究用准晶体材料来替代这些传统材料。
此外，准晶体还被用作太阳能工业薄膜材料。
因为准晶体具有特殊的光学性能(高的红外传导率)和足够的热稳定性(抗氧化及扩散稳定性)，可应用于太阳热能工业。
此外，准晶体材料还可以作为结构材料增强相的应用、储氢材料、半导体材料以及热致发电材料等。
目前各国化学家也正在研究准晶体材料在真空镀膜、离子注入、激光处理、电子轰击、电镀等方法制备准晶膜的应用。
在生物学中，Bernal 和 Fankuchen (1937) 对纯化的TMV（烟草花叶病毒）制剂应用了X射线分析法。
他们获得了病毒（粒体）杆宽度的准确估值，而且表明用盐使病毒沉淀产生的、有规则地进行二维排列的针形体应为准晶体（parac rystal）而非真晶体。