准周期结构介绍.ppt

遗
妒
捞
准晶的制备：
急冷甩带法：
帕
离
颇
锤淬法：熔融金属，汽锤敲击
净
诗
彩
任何用于制备亚稳定合金相的方法
滦
垮
吗
(离子束混合，离子注入，气相沉积，急速加压，电子束)
痘
否
捂
匝
秃
长期时效(常规合金制备方法)
嫌
准晶的尺寸小，介稳定状态，性质测量困难，不系统，不统一
广
售
贤
准晶的物理性质： 颐
力学性能：
1.
室温下硬而脆，大块准晶性能接近陶瓷
虾
晶体的短程有序特征，能使衍射花样具有
颧
讫
同结构一样的旋转点群对称性
沾
待
胀
瓜
皂
非晶态中没有这样的结构特点，所以只会产生弥散的衍射花样
建
陇
沼
晶体受到特有的有限的平移不变性和有
幻
营
限的转动不变性的制约，不允许有五次
浮
糙
对称轴
准晶态（quasi crystal，即 QC）
靛
饶
准晶态的结构特征 勇 (1) 准周期平移序 屋
1974年，Penrose提出用两种四边形，
潞
巷
氢
夹角分别为：
72o、72o、144o、72o
夕
详
36o、72o、36o、216o
等
纬
可以将平面铺满，不留空隙 行
这种图形具有5次对称性
将
眠
彭罗斯铺砌的四边形是将一个菱形切开而得到的：
铁
叉
风筝
飞镖
长程取向有序 玛
所得图形到处呈现5次对称性，但没有平移周期性
朽
握
夸
准晶体具有一般晶体所没有的对称性，通过确定不可公约长度比，可以定义某种
奠
窜
紶
富
结构
准晶体结构具有长程准周期有序和长程取向有序的特征
稻
麦
矫
所以衍射图有类似布拉格衍射的斑点
匙
熙
准晶态的结构： 隅
长程取向有序，而长程周期性不存在；
炬
侍
取向有序具有晶体周期性点群所不允许的点群对称性，沿取向序对称轴的方
圈
耀
亮
朽
——
电
子
衍
射
匝
图Al中M具n合有金正
二
十
面
赶
体的
五
重
对称
的
荣
斑
点分
布
袄
券
龚
—— 介于晶体和非晶体之间的新 的状态 — 准晶态
吻
瓢
甩
当一束电子射线或X射线照射到固体凝聚态材料上时，只有晶体才会产生明锐的
刀
久
保
港
捂
布拉格衍射。
晶体的长程有序的三维有限平移不变性，
悄
般
保证了衍射的高度相干性
慧
嗓
伍
陡
去
液 晶 ——液态晶体 险
晶态 殃
中间态 宝
液态 甄
1888年Reinitzer，某些有机物熔化后，经历浑浊的液态，
暑
韶
侈
愤
再加热，透明液体
狡
掘
瑞
悸
闸
浑浊状液体的中间相具有和晶体相似的性质——液晶
脖
晒
液晶即有液体的流动性又有晶体的某些各向异性
此
咙
蓉
捐
小1/4~1/20，显示很强的各项异性 朔
关于准晶的讨论 棱
准晶是一种新的物质形态，仅在特定的金属合金中形成
楞
团
共
早期研究的准晶均为急冷所得的亚稳定相，而缓慢冷却得到的
垣
钵
及
Al-Li-Cu和Al-Fe-Cu等准晶则具有稳定相
霄
候
丙
Al-Mn准晶相，室温长时维持，350 oC数小时，400 oC几分钟
颜
敖
槐
姓
在晶体生长过程中，原始几个壳层的原子往往会形成二十面体
肮
联
募
对称排列的短程有序集团——有序簇(cluster)
贰
汾
纫
准晶态可以认为是由许多二十面体长程取向有序而无平移周期
疏
蚜
乏
性的微晶粒构成的互补亚稳定结构
图
苔
禾
揣
二十面体密堆积 娱
等径钢球的面心密积和六方密积的配位数均为12
槐
灸
由略小的球在正三角二十面体的中心，12个球坐落在定点上
准周期结构介绍
主要内容 宰
• 掌握准晶体结构的基本特征； 破
掌握Penrose铺砌的具体方式；
•
喻
唾
捅
• 理解二十面体结构的对称性及其在材料形成中
玲
亮
邯
的存在方式；
屿
• 掌握液晶的概念及其分类；
炼
带
• 了解液晶材料的特点与应用。
准晶态 溢
准晶体 —— 1984年Shechtman用快速冷却方法制备的
乔
揪
梨
餐
2.
在高温下具有类似超塑性的极高塑性
绷
怯
兽
龄
3.
高硬度、耐摩擦性能及不粘性
蒜
磁性能：
Al-Pd-Mn-B
潮
罚
电性能：
①电阻率异常高，结构越完整电阻率越高
览
赋
郧
②负的温度系数，随温度升高电阻率下降
迎
谋
惧
③电阻率对材料成分和结构十分敏感，质量越差，电阻率越小
盾
蓑
胰
波
④对于二维的十次准晶，其周期方向的电阻率比准周期方向电阻
杯
怀
辱
才是配位数为12的最密堆积
剩
节
只有四面体空隙，无八面体空隙
厨
啊
汝
四面体非正四面体，二十面体中心只能放置较小的球
逗
嚎
价
所以二十面体结构非常适合合金相，因为多种金属的原子往往不等
合
椽
V, Cr, Mn, Co, Ni, Fe 的原子半径比Al的原子半径小5％～10％
险
谬
咙
脊
杭
二十面体有120个对称元素，立方晶体48个对称元素
赋
捏
瘦
空间占有率 对称性
寝
二十面体是稳定的原子组态 劳
在凝固过程中，易于形成二十面体结构
纳
缠
急冷凝固——二十面体集团无序分布——短程有序（非晶）
庞
木
戈
冷却速度稍慢——二十面体集团呈准周期分布——准周期平移序
材
栗
友
在二十面体结构单元构筑周期平移的晶体时，二十面体结构单元
炕
恢
隆
甭
一定要略微畸变，才能满足点阵的平移对称性
芭
嫉
桶
柜
程
三次轴和6个五次轴的正十二面体壳然界
违
用2种不同的菱形六面体， 早
按拼凑规则可以不留空隙的铺满空间
谊
沽
筹
空间具有局域的二十面体取向的对称性 欢
准晶：同时具有长程准周期性平移序和
祥
灯
非晶体学旋转对称性的固态有序相
破
邢
森
准晶态是具有两个或更多个不可公约的长度标量的固态凝聚体
鳞
冯
当沿图中任一轴看去，阵点距离都是1和
1 5
2
并且图中任何一个有限部分均可在整体中其他区域找到
彭罗斯图形 沪
长程取向有序
梧
非周期性的长程有序 蹄
准周期性平移 橱
Livien和Steinhardt发现：
漏
匪
囱
在一个较小的原子(Mn)周围凝聚12个较大原子(Al)，形成具有15个二次轴、10个
图
三维准晶：只有二十面体对称性
颓
跌
急冷：Al-Mn，Ti-Ni
宠
券
补
狂
缓冷：Al-Li-Cu，Al-Fe-Cu，Ga-Mg-Zn，Al-Co-Cu
邦
枷
极
勾
晶
榔
二维准晶：在一个平面的两个方向显示准周期性，而在法线方向
怎
陀
篮
气
显示周期性
哥
挺
窝
八重准晶(王宁)，十重准晶，十二重准晶，
践
八
逗
一维准晶：二维十重准晶中一个二重准周期轴变成二重周期轴
锚
瘦
防
涣
处
向具有准周期性，即原子的排布间距是两个或两个以上不可公约的特征长度，
亏
甚
腺
抖
并按特定序列排布
准晶态的种类 辣
按准晶的成分来分：二元、三元、四元等多元合金
搓
谱
麦振洪 李方华
掇
按准晶的结构分： 贵
1) I （Al-TM）类，I代表二十面体，TM代表过渡金属
尔
侍
占
AlZnMg类
2)
车
按准晶的维度分： 犯