准晶非晶液晶单晶

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。此外准晶作为结构材料增强相、作为时效强化相，准晶相、准晶纳米颗粒增强al基合金，准晶颗粒增强复合材料的应用也非常广泛。准经材料在储氢材料，半导体材料和热值发点材料等方面有良好的应用前景。

制备

快速凝固：1 ，急冷凝固：是通过各种急速冷却的方法冷却合金液，金属相在合金液冷却过程中来不及形核和长大，使合金由液态直接转变为非晶态或准静态

图1

2。深过冷：是通过各种有效的净化方法，最大限度的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难以达到的过冷度而实现快速凝固。

3，高温熔淬：利用高压使合金熔体在高压下以较低的冷却速度就能获得一些非经和准晶。

单晶

材料科学是人类文明大厦的基石，在现代技术中, 晶体材料更占有举足轻重的地位. 人类对固态物质的理解在很大程度上以单晶材料为基础，所以晶体在物质结构研究中也具有特殊重要性.

结构

整个晶体是一个完整的单一结构，即结晶体内部的微粒在三维空间呈高度有规律地、周期性地排列，或者说晶体的整体在三维方向上由同一空间格子构成，整个晶体中质点在空间的排列为长程有序。

特点

单晶就是长程和短程都有序的结构，而多晶是短程有序，长程无序的结构。

在晶体衍射仪，单晶的衍射点是独立清晰的，多晶的衍射点连在一起。

单晶的齐整程度远远高于多晶

性能

晶体的周期性结构使它成为天然的三维光栅，周期与X光波长相当, 能够对X光产生衍射:

解理性：晶体具有沿某些确定方位的晶面劈裂的性质。

最小内能：成型晶体的内能最小。

晶面角守恒：属于同种晶体的两个对应晶面之间的夹角恒定不变。

应用

电子信息行业的应用，电子工业元器件的制造，能源方面，光学领域，装饰等领域

硅单晶：太阳能电池的主要材料。砷化镓（GaAs)单晶：工作器件的主要材料

钻探的钻头。石英单晶：优异的光学性能，被广泛用作各种光学透镜、棱境、偏振片和滤波片、数码相机器件等。摻钕的石榴石单晶（Nd:YAG)：称为“激光晶体”，作为固体激光器的工作介质。

图1 图11

掺钕钇铝石榴石（Nd:Y AG）单晶体掺钕钒酸钇（Nd:YVO4）单晶体

制备法

举例从溶液中生长单晶

降温法

基本原理:利用物质具有较大的正溶解度温度系数，在晶体生长的过程中逐渐降低温度，使析出的溶质不断在晶体上生长。

适用：溶解度和温度系数都较大的物质。

生长装置：水浴育晶器。

1—育晶杆，2—晶体----为使溶液温度均匀并使生长中的各个晶面在过饱和溶液中能得到均匀的溶质供应要求晶体对溶液体相对运动(最好是杂乱无章的运动)．

转动需要定时换向、即用以下程序进行控制：正转一停一反转一停一正转．3---转动密封装置：在降温法生长晶体的过程中，不再补充溶液或溶质．因此整个育晶器在生长过程中必须严格密封，以防溶剂蒸发和外界污染．

6---控温器：必须严格控制温度，并按一定程序降温．研究表明，微小的温度波动就足以在生长的晶体中，造成某些不均匀区域．为提高晶体生长的完整性，要求控温精度尽可能高(目前已达 0.001 0C)。

8---育晶器：增加温度的稳定性，育晶器的容量都比较大(大型育晶器一般为50一80立升)，并将其置于水浴中或加上保温层．

4—加热器，10---水槽：育晶装置的加热方式有浸没式加热、外部加热和辐射加热等几种．对以水为介质的控温装置，通常采用浸没式加热器，由于水浴热容量大，着搅拌充分，其温度波动性小．

为进一步提高控温精度，减少生长糟的温度波动，还设计了双浴槽的育