第六章 准晶材料的制备技术 材料制备技术
材料制备新技术(许春香)__第六章_准晶材料制备技术
6.1.２ 准晶的结构 ６.１.２.2 准晶结构特征
6.1.２ 准晶的结构 ６.１.２.2 准晶结构特征 由两种三维模型拼砌而成，构成二十面对称的准晶相。
准晶的结构既不同于非晶态材料，也不同于传统的晶态材料； 不具有平移对称性，却具有旋转对称性。
与晶体材料相比，准晶材料具有： 较低密度和熔点；高的比热容和异常高的电阻率、低的热导 率和电阻温度系数。
6.1.3 准晶材料特性 ６.１.3.1 传输ห้องสมุดไป่ตู้性 在准晶材料所有的物理性能中，电子传输特性是最特殊 也是最重要的。
a）导电特性： 1. 相对于普通的金属间化合物，准晶材料的电阻率异常的高； 2. 准晶材料的电阻率随温度的升高而下降，即负的温度系数； 3. 电阻率对准晶合金成分和结构完整度十分敏感； 4. 二维的10次准晶，其周期方向的电阻率比准周期方向的电阻 率要小75%~95%，显示出很强的各向异性。
6. 3 准晶的分类 至今已发现进200种成分的准晶，其中有70余种是热力 学上稳定的。 在这些准晶中，有96种（其中47种是稳定的）二十面准 晶，65中（其中26种是稳定的）10次准晶。 6.3.1 按照准晶热力学稳定性分类 （1）亚稳准晶； （2）稳定准晶。
6.3.2 按照物理周期性的维数分类 （1）三维准晶 （2）二维准晶 （3）一维准晶
第6章 准晶材料制备技术
【学习目的与要求】
准晶态是介于具有长程序的晶态与只有短程序的非晶态 之间的一种新的物质态，它具有许多独特的优异特性。 通过对本章的学习，能够使学生全面系统地了解准晶的 发现过程、结构、系能特点和应用前景；掌握三维准晶、 二维准晶和一维准晶的类型及其组织特征；了解准晶材 料的常用制备方法和应用。
a) 氧化行为特性： b)不粘特性； c)摩擦特性。
固体物理课程教学大纲
《固体物理》课程教学大纲一、《材料制备技术》课程说明（一）课程代码：08131007（二）课程英文名称：Solid State Physics（三）开课对象：物理系本科专业（四）课程性质：本课程是材料物理专业和应用物理专业的一门专业必修课。
（五）教学目的这是继大学物理以后基础且关键的一门课程。
通过本课程的学习，使学生了解晶体结构的基本描述、固体材料的宏观和微观特性，以及自由电子模型和能带理论等，掌握周期性结构固体材料的常规性质和处理方法，为以后专业课程的学习提供基础的知识。
（六）教学内容：基本内容有两大部分：一是晶格理论，二是固体电子理论。
晶格理论包括：晶体的基本结构及确定晶格结构的X光衍射方法；晶体中原子间的结合力和晶体的结合类型；晶格的热振动及热容理论；晶格的缺陷及其运动规律。
固体电子论包括：固体中电子的能带理论；金属中自由电子理论和电子的输运性质。
（七）学时数、学分数及学时数具体分配学时数：72学分数：4（八）教学方式：课堂教学（九）考核方式和成绩记载说明：考核方式为考试。
严格考核学生出勤情况，达到学籍管理规定的旷课量取消考试资格，综合成绩根据出勤情况、平时成绩和期末成绩评定，出勤情况占20％，平时成绩占20％，期末成绩占60％。
二、讲授大纲与各章的基本要求第一章晶体的几何教学要点：通过本章的教学使学生初步了解晶体几何学的基本知识，掌握晶格、晶面、晶向等基本概念，对点群和对称性有一定的了解。
教学时数：12教学内容：第一节：晶格及其周期性第二节：晶向、晶面和它们的标志第三节：晶体的宏观对称和点群第四节：晶格的对称性考核要求：1.理解单晶、准晶和非晶材料原子排列在结构上的差别（领会）2.掌握原胞、基矢的概念，清楚晶面和晶向的表示，了解对称性和点阵的基本类型（识记）3.了解简单的晶体结构（识记）4.掌握倒易点阵和布里渊区的概念，能够熟练地求出倒格子矢量和布里渊区（应用）第二章晶体的结合教学要点：了解晶体的基本结合形式，掌握原子的负电性的基本原理，能熟练计算离子晶体的结合能。
4.2_晶体材料的制备
材料化学
材料制备化学
实例2、
像石墨一类典型的晶体也能采取这种插层法插入各种 原子、离子或分子，有目的地使局部结构发生变化，使这 类材料的性质有明显的变化，以适应不同的应用需要。 原因：石墨基质晶体呈层状的平面环状结构 ,在其各碳 层间可以插入各种碱金属离子、卤素负离子、氮和胺等。
材料化学
材料制备化学
材料化学 材料制备化学
常见的最密堆积方式：
（1）立方最密堆积ABCABCABC…堆积方式，面心立方晶胞。 （2）六方最密堆积:ABABAB…堆积方式，六方晶胞。 金属单质中还有ABCACB…，ABCAB…，ABAC…， ABABAC…等型式。
材料化学 材料制备化学
d 、过程分析 MgO和Al2O3两种晶体反应是相互紧密接触，共享一个公 用面，即产物先在界面生成，存在尖晶石晶核的生长困难， 还有产物随之进行扩散的困难。 由图(a)可见，当MgO和Al2O3两种晶体加热后，在接触面 上局部生成一层MgAl2O4。反应的第一阶段是生成MgAl2O4晶 核，晶核的生成是比较困难的，这是因为：首先，反应物和 产物的结构有明显的差异，其次是生成物涉及大量结构重排。 在这些过程中化学键必须断裂和重新组合，原子也需要作相 当大距离（原子尺度的）的迁移等。
材料化学
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虽然成核过程是困难的，但随后进行的反应—— 扩散过程（包括产物的增长）却更为困难。为使反 应进一步进行并使产物MgAl2O4层的厚度增加，Mg2+ 和Al3+离子必须通过已存在的MgAl2O4产物层（图 (b)） 正确的发生相互扩散达到新的反应界面。在此阶段 有2个反应界面：MgO和 MgAl2O4之间以及 MgAl2O4 和Al2O3之间的界面。
材料化学
准晶材料的制备(color)
准晶材料的制备整理：滕飞 2011-11-021以色列科学家丹尼尔-舍特曼 （Daniel Shechtman）因发现 准晶体而获得2011年诺贝尔 化学奖。
2准晶的概念准晶材料是介于周期结构与无序结构之间的一类 新发现的凝聚态，具有传统的晶体材料所不具备 的对称性，由于其结构的特殊性，例如它具有五 次和十次等特殊的对称性。
因此它具有许多优良 的机械性能、物理化学性能和光电磁性能。
准晶分类 ¾从热力学角度 热力学亚稳态准晶：在某个温度区间退火会变为晶体类似相 稳态准晶：热力学上是稳定的¾按结构可分为 一维准晶 二维准晶：八次、十次和十二次准晶 三维准晶：主要是二十面体3¾一维准晶：是由二维十面体准晶中的一个二次准周期轴（与十次轴正 交）变为二次周期轴而生成的，即一维准晶具有两个正交的周期方向 和一个与它们正交的准周期方向。
二维准晶：在一个平面上的两个方向上显示准周期性，而在其法线方 向呈现周期性。
二维准周期平面的特征可以用这个具有周期性的旋转 轴来表示，从而分为不同形态的二维准晶。
三维准晶：主要是二十面体，它指的是在空间中任何三个正交方向上 都呈现准周期性，而无任何周期性方向。
¾¾4准晶体的类型现在已在100多种金属合金体系中发现了准晶相，如已有报 导的准晶合金有基于Al、Cu、Mg、Ni、Ti、Zn、Zr等的 合金。
5影响准晶生长的因素准晶形成过程大致可有4种基本情况：气体→准晶体、溶体(熔体)→准 晶体、晶体→准晶体、非晶→准晶体。
影响准晶生长的因素合金成分，准晶只能在一定范围内形成； 合金成分 原子尺寸，主要元素的原子半径大小相近，以较小的原子为中心； 原子尺寸 电子结构，组元的电子结构与准晶的形成能力有内在联系； 电子结构 冷却速度，影响较大，冷却速度较大有利于准晶的形成，冷却速度过 冷却速度 高会导致过饱和固熔体先于准晶形成甚至出现非晶，因此冷去速度应 控制在一个适应的范围； 温度和压力，改变结构的束缚状态和结构熵， A1-Cu-Fe系合金，压力 温度和压力 增加有助于晶体等向准晶转变，增加压力可使冷却速度降低而保持效 果不变。
准晶材料课件研究生课程
❖ 3、准晶的应用
自准晶被发现以来,国内外材料工作者对这一新 型固相的形成过程、原子结构、热稳定性、物理和 力学性能等方面进行了大量研究,并取得了显著的成 果。由于其结构的特殊性,准晶具有高硬度、低摩擦 系数和强烈的脆性。基于此,目前对准晶材料的应用 研究主要集中在两个方面,即作为涂层材料和作为软 基体复合材料的增强体。前者是利用准晶的不粘性、 耐热和耐蚀性等性能,后者则主要利用准晶的高硬度、 耐磨性等性能。将准晶相引入金属基体中制备颗粒 增强金属基复合材料,对开发准晶材料在结构材料方 面的应用和新的金属基复合材料的颗粒增强体具有 重要意义。
➢ 第二是采用粉末冶金的技术将准晶颗粒(微米级)与金属粉混 合后在高温下挤压成由准晶颗粒复合强化的金属基复合材料。 同时也有很多人希望通过机械搅拌法向熔体中加入准晶颗粒 来制备准晶增强金属基复合材料,但尚未见很有成效。
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二、Mg-Zn-Y合金系中的准晶相
❖ 1993年，罗治平等发现Mg-Zn-Y合金中Mg3Zn6Y三元相为 二十面体准晶相(I相)，使得Mg-Zn-Y系准晶成为近年来准晶 研究的热点，各国的科技工作者们对Mg-Zn-Y三元系中准晶 相的形成机制、结构和性能等展开了大量的研究工作。 Mg-Zn-Y系准晶主要为三维20面体稳定准晶，此外，还发 现了二维十面体稳定准晶 稳定Mg-Zn-Y二十面体准晶的化 学成分在Mg30Zn60Yl0附近，其准点阵常数约0.52nm 。 Mg-Zn-Y系准晶以其独特的结构而具有特殊的性能，因而可 作为镁基复合材料中重要的增强相。
准晶材料课件研究生课程
4、Mg70Zn28Y2合金差热分析
❖ 图为Mg70Zn28Y2准晶合金 的差热分析然线，从图中可 以看出Mg70Zn28Y2三元合 金凝固过程中在647。C析出 a-Mg枝晶，在563。C左右存 在另一相变点，准晶相析出 温度大概在416。C，随后低 温相MgTZn3相大概在346。C 形成。最终的凝固组织为aMg枝晶、M93Zn7相和准晶 相。
《材料合成与制备技术》课程教学大纲
《材料合成与制备技术》课程教学大纲课程代码：ABCL0412课程中文名称：材料合成与制备技术课程英文名称：Materials Synthesis and Preparation Technology课程性质：选修课程学分数：1.5课程学时数：24授课对象：材料化学专业本课程的前导课程：固体化学、有机化学一、课程简介本大纲适用于材料化学类本科。
本课程旨在介绍材料合成与加工的原理、方法和技术，着重讲述了单晶体的生长，非晶态材料的制备，薄膜的制备方法，功能陶瓷的合成与制备，结构陶瓷和功能高分子材料的制备方法等。
材料合成与加工是材料化学专业选修课，通过本课程的教学，帮助学生掌握各种材料的合成与加工的理论与方法。
本课程的重点是针对不同性能体系的材料发展起来的各种合成方法与加工制备工艺，理解各类材料合成原理和物理化学过程。
通过本课程的学习，要求学生能够使用多种类型材料的设备、分析多种类型材料的性能，并初步具备开发新设备、制备新材料的能力，为学习材料化学专业打好基础。
二、教学基本内容和要求第一章单晶材料合成与制备课程教学内容：从固相-固相平衡、液相-固相平衡和气相-固相平衡制备单晶材料的方法，提拉法制备、气相外延生长单晶硅的工艺，焰熔法制备宝石。
课程的重点、难点：重点：晶态的基本概念，晶态生长的基本原理，常见的固-液晶体生长技术。
难点：晶体生长的基本原理。
课程教学要求：要求了解固相-固相平衡的晶体生长的基本概念和机理。
了解液相-固相平衡的晶体生长的机理，掌握一些液相-固相平衡生长晶体的具体方法。
了解气相-固相平衡的晶体生长的主要方法。
第二章非晶态材料的制备课程教学内容：非晶态材料的基本概念和基本性质，非晶态材料的形成理论，非晶态材料的制备方法与原理。
课程的重点、难点：重点：非晶态的基本概念，非晶态材料生长的基本原理，常用的非晶态材料的制备原理。
晶体的制备方法
水热合成方法的简介1．概述水热合成是指温度为100～1000 ℃、压力为1MPa～1GPa 条件下利用水溶液中物质化学反应所进行的合成。
在亚临界和超临界水热条件下,由于反应处于分子水平,反应性提高,因而水热反应可以替代某些高温固相反应。
又由于水热反应的均相成核及非均相成核机理与固相反应的扩散机制不同,因而可以创造出其它方法无法制备的新化合物和新材料。
一系列温和与高温高压水热反应的开拓及其在此基础上开发出来的水热合成路线,已成为目前获取多数无机功能材料和特种组成与结构的无机化合物的重要途径。
在水热合成体系中,已开发出多种新的合成路线与新的合成方法,如直接法、籽晶法、导向剂法、模板剂法、络合剂法、有机溶剂法、微波法以及高温高压合成技术等。
包括水热合成在内的无机合成化学,近期在凝聚态物理领域的某些强关联体系做出了重要的贡献。
目前的强关联无机固体的研究孕育着新概念、新理论和新材料。
具有特殊光、电、磁性质及催化性能的无机材料合成、制备与组装以及结构与性能之间关系研究的突破,导致新物种和新材料的出现,甚至会带动新的产业革命。
新型无机化合物及功能材料的大量开发,主要依赖于新的合成途径、合成技术与相关理论的发展。
针对国际上目前在无机材料的合成与制备研究方面的前沿动态,我们提出并发展了先进材料水热合成路线,深入广泛地探讨不同类型具特殊光、电、磁、催化功能的无机材料的合成与制备技术,系统地研究它们的形成规律和反应机制以及它们的结构、组成、性能及彼此之间的关系。
我们应用变化繁多的水热合成技术和技巧,制备出了具有光、电、磁性质的包括萤石、钙钛矿、白钨矿、尖晶石和焦绿石等主要结构类型的复合氧化物。
该系列复合氧化物的成功水热合成,替代及弥补了目前大量无机功能材料需要高温固相反应条件的不足。
目前温和水热合成技术,结合变化繁多的合成方法和技巧,已经获得了几乎所有重要的光、电、磁功能复合氧化物和复合氟化物。
如双掺杂二氧化铈固体电解质、巨磁阻材料以及铋系超导材料。
准晶材料制备技术
准晶材料制备技术准晶材料是一类结晶态的材料，具有独特的晶体结构和性质。
准晶材料由于其特殊的晶体结构，具有高硬度、高强度、高耐磨性、高抗腐蚀性等优点，广泛应用于航空航天、汽车制造、电子工业等领域。
然而，由于准晶材料的制备技术较为复杂，且对原料成分和制备工艺有较高的要求，因此其制备技术一直以来都是研究的热点之一、在准晶材料制备技术中，主要包括以下几个方面的内容。
首先，准晶材料的原料成分是制备的关键。
准晶材料的原料通常由多种金属元素组成，且需控制它们的成分比例以及添加一定的合金元素。
通过调整原料的成分比例，可以使准晶材料具有不同的晶体结构和性质。
同时，添加合适的合金元素，可以增强材料的硬度、强度和耐腐蚀性。
其次，准晶材料的制备工艺也是制备的关键。
准晶材料的制备过程中，需要采用适当的熔炼方法和热处理工艺。
常用的熔炼方法包括电炉熔炼、真空熔炼和气氛熔炼等，用以熔化原料并得到均匀的合金液体。
熔炼后的合金液体经过凝固和固态变形等工艺，可以得到准晶材料。
准晶材料的凝固过程是制备中的重要环节。
凝固的方式包括液相凝固、气相凝固和固相凝固等。
液相凝固是指将合金液体冷却至凝固点以上，然后在凝固点以下进行凝固。
气相凝固是指将合金气体冷却至凝固点以下，然后在凝固点以上进行凝固。
固相凝固是指通过固态相变来实现凝固。
准晶材料的凝固方式选择决定了材料的晶体结构和性质。
在准晶材料的固态变形工艺中，主要采用热压和热拉伸等方式。
热压是指将准晶材料的块状熔化物在高温下进行压制，使其具有其中一种压制形状和组织结构。
热拉伸是指将准晶材料的块状熔化物在高温下用拉伸机拉伸成细丝或薄片状。
通过热压和热拉伸工艺，可以使准晶材料具有更加均匀的组织结构和更好的力学性能。
最后，准晶材料的后处理也是制备的重要环节。
后处理包括热处理、化学处理和机械处理等。
热处理是指通过加热和冷却的方式，使准晶材料的晶体结构和性能得到进一步调整和改善。
化学处理是指利用化学反应来改变准晶材料的表面和组织结构，以提高其耐腐蚀性和界面性能。
人工晶体材料的制备与应用
人工晶体材料的制备与应用近年来，随着半导体技术的飞速发展和电子产业的不断扩张，人工晶体材料也成为了研究热点之一。
人工晶体是利用化学合成或加热方式，在实验室中制备出来的具有晶体结构的材料，它们的物理性质和晶体结构可以被人们精确地控制和调节。
这些材料以其超强的光电学性能、力学性能和热学性能而受到广泛的关注，尤其在半导体、光电子、微电子、能源等领域有着广泛的应用。
一、人工晶体材料的制备目前人工晶体材料的制备方法主要有两类：化学合成法和晶体成镁热法。
化学合成法是指通过化学反应使离子形成或合成出所需的材料。
晶体成镁热法则是指通过高温加热、熔融以及冷却等过程使材料形成特定的晶体结构。
以氧化铝为例，化学合成制备方法主要有两种：溶胶-凝胶法和水热法。
在溶胶-凝胶法中，将铝离子和氧离子含水溶液混合，并通过化学反应生成黏稠的胶体。
然后把胶体凝胶并分解，利用高温煅烧，使氧化铝固化成均匀的晶体结构。
在水热法中，则是将铝离子和氧离子含水溶液加入一个密闭的反应器中，在高温高压的环境下进行反应。
随着时间的推移，氧化铝材料就会形成。
除了化学合成法，晶体成镁热法也是人工晶体制备的重要手段。
晶体成镁热是指通过高温、高压、熔融、冷却等条件，在热处理过程中合成稳定的晶体结构。
对于硅晶体材料而言，晶体成镁热法是最为常用的制备方法。
该方法的原理是将硅材料与其他原料一同加热，使其熔化，并通过自主冷却或用水降温后形成晶体结构。
二、人工晶体材料的应用人工晶体材料由于其晶格结构的稳定性以及物理性质的优异性，被广泛应用于电力电子、半导体、光电子、能源研究等领域。
下面主要讨论人工晶体材料在光电子领域和电力电子领域的应用。
1. 光电子领域人工晶体材料在光电子领域的应用主要在于太阳能电池、LED材料以及激光器材料等。
以太阳能电池为例，通常使用有机光电池来将光能转换为电能，但其转换效率往往不高。
而人工晶体材料可以通过控制其结晶方式和物理性质来改善晶体的电学性能和光学性能，以达到提高太阳能电池转换效率的目的。
材料制备技术 课件
化学整比亚铬酸盐的合成 前驱物 焙烧温度℃ (NH4)2Mg(CrO4)2· 2O 6H 1100-1200 (NH4)2Ni(CrO4)2· 2O 6H 1100 MnCr2O7· 5H5N 4C 1100 CoCr2O7· 5H5N 4C 1200 (NH4)2Cu(CrO4)2· 3 2NH 700-800 (NH4)2Zn(CrO4)2· 3 2NH 1400 NH4Fe (CrO4)2 1150
（3）溶剂热法常用溶剂
溶剂热反应中常用的溶剂有:乙二胺、甲醇、乙 醇、二乙胺、三乙胺、吡啶、苯、甲苯、二甲 苯、1. 2 - 二甲氧基乙烷、苯酚、氨水、四氯化 碳、甲酸等. 在溶剂热反应过程中溶剂作为一种化学组分参 与反应,既是溶剂,又是矿化的促进剂,同时还是 压力的传递媒介. 其中应用最多的溶剂是乙二胺,在乙二胺体系中, 乙二胺除了作溶剂外,还可作为配位剂或螯合剂.
溶胶纺丝的石英玻璃纤维
亚铬酸盐尖晶石MCr2O4(M=Mg、Zn、Cu、Mn、Fe、Co、Ni)的合成 也可以通过此法制备。例如MnCr2O4 是从已沉淀的MnCr2O7· 5H5N逐步 4C 加热到1100℃制备的。加热期间，重铬酸盐中的六价铬被还原到三价，混 合物在富氢气氛中1100℃焙烧，以保证所有锰处于二价状态。仔细控制条 件，此方法可以制备出确切化学整比的物相。这类方法是很重要的，因 为许多亚铬酸盐和铁氧体均是有价值的磁性材料。下表给出了某些化学 整比亚铬酸盐的合成。
使用乙醇的原因是Ti(s)与H2O(l)的直接反应会导致氧化态和 氢氧化态的复杂的混合物，而通过形成Ti(OCH2CH3)4(s)中 间物的水解则可以制得均匀的Ti(OH)4悬浮体。Ti(OH)4在这 个过程中作为溶胶存在，是一种超微粒子悬浮体。调节溶 胶的酸度或碱度可引起两个Ti-OH键间的脱水反应： (HO)3Ti—O—H + H—O—Ti(OH)3→(HO)3Ti—O—Ti(OH)3 这是一类缩聚反应，反应中涉及两个反应物之间脱去小分 子如水。实际上，上述脱水聚合还可以发生中心钛原子的 其它氢氧集团之间，便产生了三维网状结构。这时产物是 一种粘稠的超微粒子悬浮体凝胶。将凝胶材料小心加热到 200~500℃，除去其中所有的液体，凝胶就变为很细的金属 氧化物粉末，粒子半径为3-100nm,粒子大小也十分均匀。
第六章 准晶材料的制备技术 材料制备技术
• (2）热传导特性
• ①与普通金属材料相比，准晶的热导率都很低，在室温下准晶的热导 率要比普通的铝合金低两个数量级，可以与常见的隔热材料ZrO2相媲 美。
• ②准晶材料的热阻值随着温度升高而下降，即具有负的温度系数，热 扩散系数和比热容均随着温度升高而增大。 • ③准晶样品质量越好，结构越完善，其热导性能就越差。 • ④结构复杂的准晶类似相得导热性能接近于准晶。 • （3）光传导特性 • ①与普通的金属材料相比，结构完好的准晶样品的光传导特性，显得 非常特殊，在较低的频率范围内，准晶的光导率很小，且在104cm-1时 有很宽的峰值。 • ②在二维的准晶材料中，光导率对其结构的各向异性很敏感。
• 6.1.3.2表面特性
• 表面性能主要由其表层的化学成分和原子排列方式所决定，由于准晶 表面结构比较独特，由此引发的表面行为如氧化行为、润湿行为和摩 擦行为等也与众不同。 • （1）氧化行为特性 • 迄今为止发现的准晶材料，绝大多数为铝系准晶。而Al是极易氧化的 活泼元素，因而研究铝基准晶氧化表面的结构和成分的变化规律意义 重大。实验研究发现，在相同条件下，准晶相表面的氧化现象明显低 于铝合金和相近成分的晶体相。当准晶在室温下长期暴露在干燥空气 孔，氧化层平均厚度为2~3nm。但在潮湿空气和较高温度下氧化层会 进一步加深（厚度为6~7nm），并且化学成分也因此而变化，表层铝 的摩尔分数随之增大（Al可达90％，摩尔分数）。 • （2）不粘特性 • 准晶材料的不粘性，实质上是热力学中润湿性的问题，与准晶的表面 能有关。最近的研究发现，准晶的最外层原子没有重构现象和准晶在 费米能级处的电子态密度很低（即准晶在费米能级处存在伪能隙）是 造成其表面能很低的主要原因。
• （3）摩擦特性 • 准晶材料的摩擦磨损行为的研究相对开展较早，这主要是由于镀膜和 热喷涂技术的日臻完善。在相同环境和实验条件下，块体Al-Cu-Fe准 晶和其准晶涂层的显微硬度与摩擦系数大致相近，而准晶的显微硬度 却要比铝合金高一个数量级，但摩擦系数仅为铝合金的1/3。此外， 当对准晶材料进行往复摩擦实验时，其摩擦系数还会逐渐降低，且磨 痕上的微裂纹会自动愈合，这显示了准晶具有一定的应力塑性。
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
6.2 准晶
准
晶
一、晶体的对称性
在自然界的晶体中，晶体最显著特点就是对称，对称就是 几何形体中相同部分有规律地重复出现。不同的晶体也许 会出现不同的排列方式，但都是简单的平移重复而已。
晶体中原子的三维周期排列方式可以概括为14种空间点阵。德
国科学家在1850年总结出晶体的平移周期性，受这种平移对称
向进行观察时表现出异性，因此各向异性。
3 对称性，准晶体中相同部分（外形上的相同晶面，晶棱，
内部结构中的相同面、行列或原子离子）能够在不同方 向或位置上有规律的重复出现，各质点排列具有统计意 义上的周期性。
4 最小内能，准晶的质点在三维空间是准周期平移排列的有 序结构，是一种较为稳定或准稳定方式。质点间的距离
次对称电子衍射图的相。
Al-Mn合金
电子衍射图
衍射图表明： 1 这些合金相的衍射斑点在某个方向上 按一定规则排列，是高度有序。 2 衍射斑点的间距不等，说明原子排列 是非周期的。 3 不同于传统晶体的衍射特点。
得出结论：这种材料中原子排 列具有长程取向序，而没有平 移对称序
准晶：具有准周期平移格子构造的固体，其中的原子呈定 向有序排列，但不作周期性平移重复。
又不具有严格的周期性，找不到作为平移周期的单位长度（ 平移对称性）。图中在局部是旋转对称的。
图中各节点构成二维点阵，阵点的分布不像晶体点阵那样具有平 移周期性，但也有一定的规律。 任一方向，两种四边形 的块数比例：
不同方向上各相邻阵点之 间的距离比值系列由： 组成
准晶态结构的特点：具有长程的取向序而没有长程的平移 对称序（周期性）；
准晶：电子衍射斑点分布有规律，可能存在基本结构单元。
晶体
非晶
准晶
准晶的结构模型认为：准晶由一定的结构单元以一定 方式连接而成。结构单元的连接要使整个结构具有准 周期性，又要填满整个空间。
晶体材料制备方法与技术
5
熔体法 溶液法 气相法
提拉法
下降法
熔体法生长 焰熔法
区熔法
单
冷坩埚法
晶
生
长
Hale Waihona Puke 低温（水）溶液法技
溶液法生长 高温溶液法
术
水热与溶剂热法
气相法生长
物理气相沉积 (PVD) 化学气相沉积 (CVD) 气-液-固法
一种晶体选择何种技术生长，取决于晶 体的物理、化学性质和应用要求。
选择的一般原则是：
♣ 有利于快速生长出具有较高实用价值、符合 一定技术要求的晶体；
♣ 有利于提高晶体的完整性，严格控制晶体中 的杂质和缺陷；
♣ 有利于提高晶体的利用率、降低成本。生长 大尺寸的晶体始终是晶体生长工作者追求的 重要目标；
♣ 有利于晶体的后加工和器件化； ♣ 有利于晶体生长的重复性和产业化；
1
⒈ 溶液法生长 溶液法的基本原理是将原料（溶质）
溶解在溶剂（如水）中，采取适当的措施 造成溶液的过饱和状态，使晶体在其中生 长。
具体地包含有水溶液法、水热法与助 熔剂法等。
⑴ 降温法 基本原理: 利用物质大的溶解度和较大的正溶
解度温度系数，在晶体生长过程中逐渐降低 温度，使析出的溶质不断在晶体上生长。 关键：晶体生长过程中掌握适合的降温速度， 使溶液始终处在亚稳态区内并维持适宜的过 饱和度。 要求：物质溶解度温度系数不低于 1.5g/kg℃。
（4）循环流动法
1.原料 2.过滤器 3.泵 4.晶体 5.加热电阻丝
特点：
♣ 晶体始终在最有利的生长温度和最合适
的过饱和度下恒温生长；
♣ 可培养大尺寸单晶体或大批量生长晶体
而不受晶体溶解度和溶液体积的限制；
♣ 晶体均匀性较好； ♣ 设备比较复杂；
晶体材料制备
2. 熔体法生长将按照设计成分配制的原料加热使之熔融， 获得具有一定过热度的均匀熔体。
然后在受控条 件下，通过引入籽晶、降温或移动加热器等手段 进行非均匀冷却，使熔体以一定的冷却方式和结 晶顺序逐渐凝固成单晶体。
熔体法晶体生长方法中应用最为广泛的是提 拉法和下降法，以及由此演化出的其他控制形式。
特点：♣ 驱动力场分布不均匀，在某一方向上呈现强制生长驱动力；♣ 不同类型晶面上的生长驱动力必然不同；（小面生长）♣ 驱动力为过冷度，热量输运是限制生长的主要输运过程；♣ 生长速度的各向异性无法充分体现出来。
（1）提拉法 （Czochralski 法）是熔体法中应用最为广泛的一种生长 方法。
为了适应具有不同物理化学性质材 料的晶体生长，Cz法晶体生长技术和设备 得到了持续的不断发展，衍生出多种多样 的控制方法和技术。
已广泛应用于半导体材料、氧化物以 及氟化物等二元及多元晶体材料的晶体生 长。
后热器 石英桶 加热器熔体 保温材料坩埚籽晶定位 装料升温化料过热处理 下籽晶热处理出炉降温 等径生长回熔、洗晶 提拉放肩 提拉提拉法晶体生长流程定向籽晶和独特工艺ⅰ) 选籽晶籽晶实际上就是提供了一个晶体继续 生长的中心，其选材的好坏，对晶体的 质量影响极大。
籽晶应无位错、无应力、 无嵌镶结构且没有切割损伤等。
决定晶面的生长机制 影响生长工艺参数 决定晶体的物理性质 影响晶体的质量籽晶培养切割好的籽晶 籽晶杆ⅱ）回熔（洗晶）工艺不仅能清除籽晶表面 的杂质和缺陷，更重要的 是可保证熔体与籽晶接触 部分凝固时，其原子排列 由于受到籽晶中原子规则 排列的引导而按同样的规 则排列起来，很好地保持 籽晶的晶体取向。
籽 晶熔体ⅲ）缩颈与放肩位错是一种非常多见的结构 缺陷，对晶体的力学性能和物理 性质均有很大影响。
位错的基本 性质之一是位错线不能终止在单 晶体的内部，只能终止在晶界或 晶体的表面。
Dash缩颈可最大限 度地减少位错和嵌镶结构等缺 陷，提高晶体的完整性。
晶体材料制备原理与技术
电光晶体
在外加电场的作用下，由于晶体内部发生电极化 作用而使折射率发生变化。
性能要求：
1. 电光系数大、居里温度高； 2. 折射率大、介电损耗小； 3. 电阻率大、半波电压低； 4. 光损伤阈值高、温度稳定性和化学稳定性好； 5. 易于制备质量和尺寸符合使用要求的晶体。
电光调制晶体
LN(铌酸锂)晶体
• 如何提高晶体完整性
“中国实验室成为这种具有重大科学价值的晶体的唯一 来源，它表明中国在材料科学领域实力日益增强。”
“其他国家在晶体生长方面的研究，目前看来还无法缩 小与中国的差距。” 《Nature》
目前，利用非线性光学晶体变频仍是 获得紫外激光的唯一途径；
直到现在，BBO、LBO 晶体仍为紫 外波段最优良的非线性光学晶体；
高新技术
高新技术是指对人类社会的生产、 生活方式和思维方式产生巨大影响的重 大技术。我国的高新技术是指８６３计 划中选择的对中国未来经济和社会发展 有重大影响的生物技术、航天技术、信 息技术、激光技术、自动化技术、能源 技术、新材料和海洋新技术等 8 个高技 术领域内的新技术。目前，８６３计划 共有8个领域、２０个主题。
一部人类史就是一部对材料的认 识、研究和使用的发展史。
绚丽的天然矿物晶体
§1 从 “规则外形” 到 “空间点阵”
♣ 1669年 斯丹诺（丹麦） 晶面角守恒定律
巴尔托林解ຫໍສະໝຸດ 性♣ 1784年 阿羽衣（法国） 晶胞学说
♣ 1855年 布喇菲（法国） 空间点阵学说
♣ 1867年 加多林（俄国） 32种对称群
2
1
定标器
3
低压电源
多
4
道
分
单道分析器
高压电源
晶体材料制备原理与技术：第6章 相变与结晶成核
TC
T
临界晶核半径、结构起伏尺寸与 过冷度的关系
结构起伏的
尺寸 ra 也与过
冷度有关，它 随过冷度的增 大而增大。TC 为形成临界晶 核所必须的最 小过冷度，称 为临界过冷度。
对均匀成核可作如下描述：
ⅰ) 过冷是必须的，但要使结晶过程得以进 行，还必须超过某一临界值 ；
ⅱ） 界面能是在过冷熔体中形成临界晶核
低高 驱可 动动 力性
0
过冷度
Tm
生长速率与过冷度的关系
乌尔曼对CeO2晶体研究 时，作出晶体生长速率与过冷
度关系图，在熔点Tm时晶体
生长速率为零，开始时随着过 冷度增加而增加，并成直线关 系增至最大值后，由于进一步 过冷，粘度增加使相界面迁移 的频率因子下降，故导致生长 速率下降。 曲线出现极大值 是由于在高温阶段主要由液相 变成晶相的速率控制，增大过 冷度，对该过程有利，即生长 速率增加；在低温阶段，过程 主要由相界面扩散所控制，低 温对扩散不利，故生长速率减 CeO2生长速率与过冷度的关 慢。 系
＊相变热力学
主要研究相变发生的条件、驱动力来源与 大小以及相变的终点和相变产物的相对稳定 性等。
相变的发生是由于某相在给定的热力学条 件下成为不稳定的物系，该相就会具有通过 结构或成分的变化使物系的自由能下降的趋 势。在相变时，物系的自由能保持连续变化， 但其他热力学函数如体积、焓、熵等发生不 连续变化。
1 3
SL
--- 临界原子数
ⅲ）成核速率和线性增长速度
晶核的形成速率是用单位时间、单位体
积的亚稳相中所形成的晶核数目I来表示 的，I值正比于晶核形成的几率：
I
Bn
exp
GC kT
其中，B
1
材料制备科学与技术
1、晶胞：空间点阵可分成无数等同的平行六面体，每个平行六面体称为晶胞。
2、晶格：空间点阵可以看成在三个坐标方向上无数平行坐标轴的平面彼此相交所形成的格点的集合体，这种集合体是一些网络，称为晶格。
3、晶体缺陷：在实际的晶体中，原子规则排列遭到破坏而存在偏离理想晶体结构的区域。
可分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三类。
4、点缺陷：它是完整晶体中一个或几个原子规则排列被破坏的结果，其所发生区域的尺寸远小于晶体或晶粒的线度。
它有两种基本类型，即空位和填隙原子。
5、缺陷形成能：各类缺陷的形成能EF的数值可以直接反映特定缺陷形成的难易程度，材料合成环境对于缺陷形成的影响及复合缺陷体系的稳定性等。
6、位错能（位错的应变能）：晶体中位错的存在会引起点阵畸变，导致能量增高，这种增加的能量即为位错能，包括位错的核心能量和弹性应变能量（占总能量的9/10）。
7、位错反应：位错的合并于分解即晶体中不同柏氏矢量的位错线合并为一条位错线或一条位错线分解成两条或多条柏氏矢量不同的位错线。
8、柯氏气团：金属内部存在的大量位错线，在刃型位错线附近经常会吸附大量的异类溶质原子（大小不同吸附的位置有差别），形成所谓的“柯氏气团”。
过冷度：指熔融金属平衡状态下的相变温度与实际相变温度的差值。
每一种物质都有其平衡结晶温度即理论结晶温度，但在实际结晶过程中，实际结晶温度总是低于理论结晶温度，两者的温度差值即为过冷度。
均匀成核：在亚稳相系统中空间各点出现稳定相的几率都是相同的。
不借助任何外来质点，通过母相自身的原子结构起伏和成分起伏、能量起伏形成结晶核心的现象。
非均匀成核：在亚稳相系统中稳定相优先出现在系统中的某些局部，称为非均匀成核自发形核：指液态金属绝对纯净，无任何杂质，也不和器壁接触，只是依靠液态金属能量的变化，由晶胚直接生核的过程。
非自发形核：晶核依附于外来杂质（包括液态内部的固相质点或与其他固体接触的界面）而形成的现象。
成核率：单位时间、单位体积内能发展成为晶体的晶核数，用I表示。
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图6-4 用于A点的对称操作将B移到B´和B″
• 如图6-5所示，在二维空间中，正三角形、四方形、正方形和正六边形 通过周期性平铺都能铺满整个空间，而正五边形和正七边形则无法实 现，三个正五边形的顶角相接会形成34°的空隙，三个正七边形的顶 角相接会多出25°左右的角度。
图6-5 正多边形在二维空间中的拼砌（正三角形、正方形 和正六边形，正五边形和正七边形）
• (2）热传导特性
• ①与普通金属材料相比，准晶的热导率都很低，在室温下准晶的热导 率要比普通的铝合金低两个数量级，可以与常见的隔热材料ZrO2相媲 美。
• ②准晶材料的热阻值随着温度升高而下降，即具有负的温度系数，热 扩散系数和比热容均随着温度升高而增大。 • ③准晶样品质量越好，结构越完善，其热导性能就越差。 • ④结构复杂的准晶类似相得导热性能接近于准晶。 • （3）光传导特性 • ①与普通的金属材料相比，结构完好的准晶样品的光传导特性，显得 非常特殊，在较低的频率范围内，准晶的光导率很小，且在104cm-1时 有很宽的峰值。 • ②在二维的准晶材料中，光导率对其结构的各向异性很敏感。
• （3）摩擦特性 • 准晶材料的摩擦磨损行为的研究相对开展较早，这主要是由于镀膜和 热喷涂技术的日臻完善。在相同环境和实验条件下，块体Al-Cu-Fe准 晶和其准晶涂层的显微硬度与摩擦系数大致相近，而准晶的显微硬度 却要比铝合金高一个数量级，但摩擦系数仅为铝合金的1/3。此外， 当对准晶材料进行往复摩擦实验时，其摩擦系数还会逐渐降低，且磨 痕上的微裂纹会自动愈合，这显示了准晶具有一定的应力塑性。
• 6.1.1准晶的发现
• 1984年，美国科学家D.Shechtman等在研究用急冷凝固方法使较多的Cr、 Mn、和Fe等合金元素股荣誉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。几乎 在同一时间，Levine及Steinhard在研究具有5次对称的原子簇时，从理 论上计算出具有明锐的5次对称性的衍射图，并称这种具有5次对称取 向序而无周期平移序的物质为准周期性晶体，简称准晶。 • 起初，人们认为具有长程取向序而无周期平移序的准晶态是介于长程 序的晶态与只有短程序的非晶态之间的一种新的物质态。甚至有人认 为成为二十面体玻璃，二十面体指它具有二十面体对称，玻璃表示无 长程平移序。另一种极端的看法是它是5个、10个或20个同样晶体并 列在一起的孪晶。随着对准晶态物质研究的不断深入，人们逐渐统一 了认识，认为准晶仍然是晶体，它有着严格的位置序，只不过不像经 典晶体那样原子呈三维周期性排列，而是呈准周期排列。
• 5次对称的证据被以色列科学家Shechtman等人于20世纪80年代初用透 射电镜观察Al-Mn急冷合金时发现，如图6-2所示。可见，研社电呈非 周期排布，且斑点明锐，反映出结构的长程有序性。这些特征表明， 由晶体平移有序而导致不允许存在的5次对称和6次以上对称的定论必 须修正，衍射花样的非晶体学对称对应于一种没有平移周期性的新型 晶体结构。Levine及Steinhard将其定义为：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。
• 6.1.3.6高温塑性
• 室温脆性被认为是准晶材料的致命润点之一。然而，准晶的脆性在高 温下却完全消失，且显示出类似于超塑性材料的极高塑性，最高变形 量可达130％以上。而且没有加工硬化现象。Shibuya等在研究多晶AlCu-Fe准晶相在1000K时的压应变行为时发现，虽然准晶相的强度随着 温度的升高而逐渐降低，但塑变量和应变率却很大。Takeuchi等人在 分析Al-Pd-Mn晶相得高温塑变形为后认为，准晶相的高应变主要由一 类有效应变和另一类与温度相关的内应变组成。
图6-2 准晶的电子衍射图
6.1.2准晶的结构
• 6.1.2.1 准晶的确定
• 1984年准晶被发现之前，物理学家一致认为固态物质存在的方式只有 晶体和非晶体两类。而准晶，即准周期晶体，是一种同时具有长程准 周期平移有序和非晶体学旋转对称性的固态有序相，它是一种新型的 固态结构。 • 1974年，英国数学家Penrose设计出一种准周期拼图，如图6-3（a）所 示，这种拼图首次用两种拼块按照严格的拼接规则构成了准周期图形， 拼块是锐内角分别为360°和720°的菱形单元，这样的准周期图形对 晶体学产生了深远影响。在20世纪80年代初期晶体学家Levine、 Steinhard和Penrose将拼图引入晶体学，获得5次对称的傅里叶变换图 谱，如图6-3（b）所示，并提出了准点阵的概念。
上万种晶体结构中原子的分布不但都具有平移周期性，而且其旋转对
称也都只限于1次、2次、3次、4次及6次5种。因而人们自然地把5次 及6次以上的旋转对称排斥在经典晶体学之外，统称为非晶体学对称。
（ a）
（b）
（ c）
（d）
（ e）
（f）
（g）
（h）
（ i）
.1准晶概述
6.2准晶的形成机理
• 6.2.1加和原则和相似性原则
• 陈振华等通过对多种铝基多元素准晶合金的制备与研究，得出了铝基 准晶形成的加和原则和相似性原则。形成ǀ相得铝基合金系大致为： Al-Mn、Al-V、Al-Cr、Al-Fe合金等，形成D相得合金体系如Al-Co、Al-Ni、 Al-Pd合金等。将某些准晶态合金按一定成分比例相互加合在一起，通 过快速凝固或普通熔铸等方法能制备出新的多元素准晶态合金。一个 能够形成准晶合金的体系，一般有以下特点：能够通过快凝形成非晶 态合金（非晶态合金中含有大量短程有序的二十面体原子团），或者 该合金系的平衡结晶相含有大量的二十面体原子团，或者某一平衡相 得晶体结构与D相接近。这些结构相似性是形成准晶体的有利条件， 也是寻找新的准晶态合金体系的基本依据。将准晶合金进行加和时， 其结构相似性不变，新的合金系仍然存在二十面体原子团或者平衡结 构与D相相近。
• 6.1.3.3弥散强化特性
• 准晶除了有高的硬度和弹性模量外，室温下其塑性都很小，这种室温 脆性严重限制了准晶的实际应用。迄今为止，有关准晶强化的应用研 究都是利用准晶优良的力学性能，将其作为一种强化组元去增强基体 合金。准晶强化基体材料的方式主要有以下两种：①利用固态反应使 准晶相以高温强化相析出并弥散分布于基体中，从而达到强化效果； ②利用粉末冶金技术将准晶颗粒与金属粉混合后，在高温下挤压成由 准晶颗粒复合强化的金属基复合材料。
第6章 准晶材料的制备技术
• 准晶态是介于具有长程序的晶态与只有短程序的非晶态之间的一种新 的物质态，它具有许多独特的优异特性。 • 经典晶体学认为，晶体是由原子（或粒子、分子）在三维空间做有规
则的周期性重复排列构成的固体物质，因此晶体具有三维空间的周期
性。为了便于对晶体结构进行研究，人们假设通过原子的中心画出许 多空间直线，直线与直线的交点为原子（或粒子、分子）的平衡中心
• 准晶的结构既不同于晶体，也不同于非晶态，其原子分布不具有晶体 的平移对称性，但仍有一定得规则，且呈长程的取向性有序分布，故 可认为是一种准周期性排列。由于它不能通过平移操作实现周期性， 故不能同晶体那样取一个晶胞来代表其结构。它是由两种三维拼砌单 元（图6-6），按一定规则使之配合地拼砌成具有周期性和5次对称性， 可认为它们是构成准晶（二十面体对称的准晶相）的准点阵。
图6-6 拼砌单元的三雄模型
• 准晶的结构，既不同于非晶态材料也不同于传统的晶态材料，它是一 种不具有平移对称性，却具有旋转对称性的新型结构材料，这就是准 晶。与晶体相比，准晶体具有较低的密度和熔点，这是由于其原子排 列的规则性不及晶态严密，但其密度高于非晶态，说明其准周期性排 列仍是较密集的。准晶体具有高的比热容和异常高的电阻率、低的热 导率和电阻温度系数。另外，准晶体还具有抗磁性，室温脆性大，在 高温下有高的塑性，具有高的弹性模量和压缩强度，具有表面不粘性 等特性。准晶的应用尚属开始，主要用于真空喷涂、激光处理、电子 轰击、离子注入等工艺方法制备准晶膜，例如用于不粘锅、热障膜、 选择吸收太阳光膜等。
• 6.1.3.2表面特性
• 表面性能主要由其表层的化学成分和原子排列方式所决定，由于准晶 表面结构比较独特，由此引发的表面行为如氧化行为、润湿行为和摩 擦行为等也与众不同。 • （1）氧化行为特性 • 迄今为止发现的准晶材料，绝大多数为铝系准晶。而Al是极易氧化的 活泼元素，因而研究铝基准晶氧化表面的结构和成分的变化规律意义 重大。实验研究发现，在相同条件下，准晶相表面的氧化现象明显低 于铝合金和相近成分的晶体相。当准晶在室温下长期暴露在干燥空气 孔，氧化层平均厚度为2~3nm。但在潮湿空气和较高温度下氧化层会 进一步加深（厚度为6~7nm），并且化学成分也因此而变化，表层铝 的摩尔分数随之增大（Al可达90％，摩尔分数）。 • （2）不粘特性 • 准晶材料的不粘性，实质上是热力学中润湿性的问题，与准晶的表面 能有关。最近的研究发现，准晶的最外层原子没有重构现象和准晶在 费米能级处的电子态密度很低（即准晶在费米能级处存在伪能隙）是 造成其表面能很低的主要原因。
6.1.3准晶材料特性
• 6.1.3.1传输特性
• 在准晶材料所有的物理性能中，电子传输特性是最特殊也是最重要的。 它主要体现在以下三个方面。 • （1）导电特性 • ①相对于普通的金属间化合物而言，热力学稳定的准晶材料的电阻率 异常的高。 • ②准晶材料的电阻率随着温度的升高而下降，即具有负的温度系数。 • ③电阻率对准晶合金成分和结构完整程度十分敏感，样品的质量越好， 电阻率就越大。 • ④对于二维的10次准晶，其周期方向的电阻率比准周期方向的电阻率 要小75％~95％，显示出很强的各项异性。
• 6.1.3.4贮氢特性
• 材料的贮氢特性主要取决于金属与氢之间的化学反应以及金属中可容 纳氢原子的间隙位置和数量。
• 6.1.3.5光学特性