准晶体简介
准晶体的概念
准晶体的概念
准晶体（quasicrystal）亦称为“准晶”或“拟晶”，是一种介于晶体和非晶体之间的固体结构。
具有与晶体相似的长程有序的原子排列，但是准晶体不具备晶体的平移对称性。
因而可以具有晶体所不允许的宏观对称性。
准晶体的发现，是20世纪80年代晶体学研究中的一次突破。
”然而，1987年，法国和日本科学家成功地在实验室中制造出了准晶体结构;2009年，科学家们在俄罗斯东部哈泰尔卡湖获取的矿物样本中发现了天然准晶体的“芳踪”，这种名为icosahedrite(取自正二十面体)的新矿物质由铝、铜和铁组成；瑞典一家公司也在一种耐用性最强的钢中发现了准晶体，这种钢被用于剃须刀片和眼科手术用的手术针中。
对准晶体的认识——固体物理学小论文
对准晶体的认识************班 *** **号摘要：准晶体是一种介于晶体和非晶体之间的固体。
准晶体有下属一些性质：均一性、各向异性、对称性、自限性、最小性能性、稳定性。
关键词：准晶体对称性准晶体的性能准晶体的应用1 准晶体的基本特征1.1 准晶体的概念准晶体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。
相对于晶体可以用一种单胞在空间中的无限重复来描述。
准晶体也可以定义为:准晶是由两种(或两种以上“原胞”在空间无限重复构成的这些“原胞”的排列具有长程的准周期平移序和长程指向序。
1.2 准晶体的基本性质1.2.1 准晶体的均一性均一性指晶体、准晶体在其任一部位上都具有相同性质的特性。
晶体结构中的任何质点都是在3维空间作周期性的重复分布。
因此对于从同一晶体中分割出来的各个部分而言它们必定具有完全相同的内部结构，从而它们所表现出的各项性质也必定完全一致亦即都是均一的。
准晶体的结构与晶体结构虽然有所不同，但仍然都是有序结构，准晶体分割出来的不同部分放大或缩小都与整体结构仍然有相同结构特征，因此宏观反映出来的准晶性质仍然具有均一性。
1.2.2 准晶体的各向异性各向异性指晶体、准晶体的性质因观察研究方向的不同而表现出差异的特性。
晶体、准晶体结构中质点排列的方式和间距在不同的方向进行观察研究时其各项性质将表现出一定的差异来，这种差异与它们的结构的对称性直接有关这就是晶体、准晶体都具有各向异性的根源。
1.2.3 准晶体的对称性对称性是指晶体、准晶体中的相同部分如外形上的晶面、晶棱,内部结构中的相同面网、行列或原子、离子等，能够在不同的方向或位置上有规律地重复出现的特性。
在任一晶体结构中的任一行列方向上，总是存在着一系列为数无限且成周期性重复出现的等同点。
准晶体结构中相同轴向上质点排列是相同的，但质点排列具有数学上严格的准周期性或统计意义上的准周期性。
显然这些就是一种变换中的不变性即对称性。
准晶体
对称要素 • 1、具有晶体全部的宏观对称元素，包 括对称轴、对称面、对称中心，以及到 转轴、反转轴。 • 2、对称轴不仅包含晶体的二次、三次、 四次和六次，还包含五次、八次、十次 和十二次。 • 3、还包括放大或缩小等对称元素
晶体：晶体对称定理
准晶体：自比例因子
晶系、 晶系、点群和单形 • • • • 准晶体共有： 晶系：5种 点群：28种 单形：42种
准晶体
主要内容 • • • • • • 1、定义 2、准晶体与晶体的异同点 3、对称要素 4、晶系、点群和单形 5、代表物质 6、当今现况
• 定义：准晶体是指空间点阵按准周 期性排列的固体物质。
晶体与非晶体的异同点 • • • • • • 1、缺陷的普遍性 2、均一性 3、各向异性 4、自限性 5、最小内能性 6、稳定性
代表物质
当今现状
• 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。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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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。
准晶体解释
质疑和嘲笑声包括著名化学家、两届诺贝尔奖得主莱纳斯·鲍林在内的一些化学界权威纷纷质疑谢赫特曼的发现。
即便如此，谢赫特曼也并未动摇自己的信念。
在1984年夏，他们向《应用物理杂志(Journal of AppliedPhysics)》投了一篇稿件，可是，立即遭到了编辑的拒绝，稿件被退了回来。
晶体的定义应当是晶体是内部质点在3维空间呈周期性重复排列的固体或者说晶体是具有周期平移格子构造的固体。
准晶体的定义应当是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。
相对于晶体可以用一种单胞在空间中的无限重复来描述准晶体也可以定义为:准晶是由两种(或两种以上“原胞”在空间无限重复构成的这些“原胞”的排列具有长程的准周期平移序和长程指向序三维准晶、二维准晶和一维准晶指立体，平面、线条。
准周期性：一些事物运动的规律性不是很强,例如经济的运行,周期就有长有短,像这种不固定的周期就称准周期,以区别于上述意义上的周期.准,本来就是相近相似的意思.所以准周期就是近似意义上的周期。
二十面体准晶因具有磁各向异性而降低了磁导率纳米畴就是具有纳米结构的晶体，它的边界叫畴。
Laves相的晶体结构有三种类型：①MgCu2型属立方晶系，②MgZn2型属六方晶系，③MgNi2属六方晶系晶体的各向异性即沿晶格的不同方向，原子排列的周期性和疏密程度不尽相同，由此导致晶体在不同方向的物理化学特性也不同，这就是晶体的各向异性。
毫米级大块准晶难以制备的原因：生成过程包括成核和长大两个过程。
一般是通过极冷淬火，准晶物质通常是伴随过饱和固溶体和其它金属间化合物一起形成的。
准晶体形成过程虽然还不太楚,但大致可以有以下种基本情况，气体-准晶体，溶体、熔体-准晶体，晶体-准晶体，玻璃-准晶体。
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）。
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。
准晶简介
准晶的对称性
电子衍射图样
准晶的定义
准晶体是准周期晶体的简称。它是一种具有多 重旋转对称轴、不同于传统晶体和非晶玻璃体的固 1 ( 5 1) ，其中的 态物质结构。准晶具有准周期 2 原子呈定向有序排列，但不作周期性平移重复，其 对称要素包含与晶体空间格子不相容的对称。 从目前掌握的实验资料看, 在热力学上准晶相 有向晶体相转变的趋势, 说明准晶体的结构是非平 衡的亚稳结构。 目前的研究证实，在实二次域上只可能存在5、 8、10、12次旋转对称的准格点阵(陆洪文、费奔)。 I-相：二十面体相，它的点群符号 m35 ，不属于 三十二种晶体点群中的任何一类。
表面特性
(2)不粘特性 准晶材料的不粘性实质上是热力学中 (1)氧化行为特性 在相同条件下, 准晶相表面的氧 (3)摩擦特性 准晶的显微硬度比铝合金大近一个数
润湿性的问题, 与准晶的表面能有关。准晶的最外层 化现象明显低于铝合金和相近成分的晶体相。 量级，但摩擦系数仅为铝合金的1/3，此外，当对准晶 原子没有重构现象和准晶在费米能级处的电子态密度 材料进行往复摩擦实验时，其摩擦系数还会逐渐降低， 很低（即准晶在费米能级处存在伪能隙） 是造成其表 且磨痕上的微裂纹会自动愈合，这显示了准晶具有一 面能很低的主要原因。 定的应力塑性。
(2)准晶作为结构材料增强相的应用 (b)准晶纳米颗粒增强Al基合金 日本学者A.Inoue等 (c)准晶颗粒增强复合材料 (a)准晶相作为时效强化相 瑞典皇家工学院的研究人员
采用快冷方法开发出一种具有优异力学性能的Al基合金。 I.准晶颗拉增强金属基复合材料 使用准晶颗粒增强金属 开发的新型马氏体时效钢，成分为12%Cr-9%Ni-4%Mo其组织特征为, 在fcc-Al相中均匀分布有纳米尺度的准晶颗 2%Cu-1%Ti, 其中时效强化相为准晶相。准晶相的成分典型 基复合材料除了可以提高基体的性能以外，由于与常规陶 粒。其中,准晶颗粒的尺寸为30-50nm,fcc-铝相厚度为5瓷颗粒相比准晶材料的熔点较低, 且其为金属合金, 故准晶 值为34%Fe-12%Cr-2%Ni-49%Mo-3%Si, 在475℃时效4h 形 10nm , 将准晶颗粒包围。在Al相中没有高角度的晶界。准 颗粒增强金属基复合材料的回收也是相对容易的, 属于环 成, 经过1000h都保持稳定, 即准晶颗粒是热力学平衡析出。 晶相的体积分数 境友好材料。 60%-70%。 时效过程中丰富的形核位置与缓慢的粗化过程可以用准晶的 II.准晶颗粒增强聚合物基复合材料 美国Ames国家实验室 低表面能进行解释。该钢经回火处理后, 其抗拉强度为 的科研人员研究了Al-Cu-Fe准晶颗粒增强聚合物基复合材 3000MPa, 准晶相的形成对提高强度和抗回火软化起了相当 大的作用。该型钢主要应用于医疗外科器械 料的制备方法和性能变化，发现复合材料的耐磨性明显优 于基体, 且其玻璃化温度Tg和熔化温度Tm与基体相比没有 明显变化, 说明准晶颗粒不会对基体产生有害的化学作用。
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。
准晶态材料
2.4.3 准晶态材料• 准晶体(quasicrystal) • ---准周期晶体(quasiperiodic crystal)的简称准晶体是1984年科学家发现的一种新的物质聚集形态。
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。
例如五次对称轴等。
5重旋转轴准晶体的发现，破除了几百年来关于晶体必须 具有周期性，因而不可能存在五重旋转对称的信条， 对于晶体学工作者解放思想，重新审视自己的观察 结果，推动晶体学向更深入、更精确的方向发展， 起了重要作用。
晶体学研究有300多年历史 经典晶体学1912年X射线晶体衍射 现代晶体学 1984年准晶的发现，新对称理论（2）冰的结构 常见结构型式：冰-Ih （冰、雪、霜）常压，0°C，六方晶系，空间群D64h−P63 mmc∠OOO非常接近109.5° O—H…O 和 O…H—O 两种方式的无序情况冰-Ic 真空，133-153KO位于金刚石 中C的位置H无序分布新华社伦敦３月９日（2009年）电 英国《自然·材料》发现冰在纳米尺度上的平面结构为五边形，而非通常的六边形。
来自英国伦敦纳米研究中心和德国弗里茨·哈贝尔研究所等机构的研究人员说，他们在光滑的铜表面对冰用扫描隧道显 微镜进行观测，并进行了大量计算，最终确定冰在纳米尺度上 有五边形的平面结构。
论文第一作者哈维尔·卡拉斯科说，了解冰的纳米结构尤 其冰黏附在固体表面时的纳米结构具有重要意义，因为这可以 帮助研究人员了解冰晶如何形成，而之所以要了解冰晶的结构， 是因为它在人工造云、降雨中发挥重要作用。
研究人员指出，这项发现带来的启发是，人们在寻找用于 人工造云、降雨的新冰核物质时，并非一定要集中在六边形外 观的材料上，五边形等其他结构外观的材料也可能同样适用。
High resolution X-ray emission spectroscopy of liquid water: The observation of two structural motifsT. Tokushima, Y. Harada, O. Takahashi, Y. Senba, H. Ohashi, L.G.M. Pettersson, A. Nilsson, S. ShinChemical Physics Letters Volume 460, Issues 4-6, 30 July 2008, Pages 387-400从美国斯坦福直线加速器中心 （SLAC）、日本SPring—8同步 加速器和广岛大学以及瑞典斯德 哥尔摩大学收集的新实验证据表 明，现有液态水结构理论是错误 的。
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。
20011诺贝尔化学奖简述
2011年诺贝尔化学奖简述**（**学院，省市，邮编）摘要：瑞典皇家科学院于2011年10月5日宜布, 以色列科学家达尼埃尔·舍特曼因发现准晶体独享2011年诺贝尔化学奖"。
准晶体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。
准晶体的发现彻底改变了化学家们对固体物质的看法，导致了晶体学与凝聚态物质结构理论的一次革命，极大推动了相关学科的完善和发展。
本文将简述获奖者的经历和准晶体的发现、基本性质及发展现状，同时还会介绍中国科学家的研究成果。
关键词：诺贝尔化学奖；准晶体；研究；基本性质2011年诺贝尔化学奖10月5日在瑞典首都斯德哥尔摩揭晓，以色列科学家丹尼尔·舍特曼获得此一殊荣，独享了2011年诺贝尔化学奖奖金1000万瑞典克朗。
瑞典皇家科学院表示，舍特曼的贡献在于在1982年发现了准晶体。
诺贝尔化学奖评选委员会在发表的声明中说，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。
获奖者的发现改变了科学家对固体物质结构的认识[1]。
准晶体是一种无平移周期性但有严格长程准周期位置序的独特晶体，被称为准周期晶体，即准晶。
它的出现极大挑战了经典晶体学的基本理论，对凝聚态物理产生了深远的影响。
同时，由于准晶体独特的结构和性能，它受到材料、物理、化学及数学等多个领域科学家的广泛关注，极大推动了相关科学的发展。
目前，准晶研究仍然是凝聚态物理领域的重要科学前沿。
事实上，科学界早就将准晶的发现［2］与C60“巴基球”（1985年［3］）及高温超导现象（1986年［4］）一起并列为20世纪80年代凝聚态科学领域的三大突破。
高温超导及C60“巴基球”的发现者也已凭借其杰出的开创性工作分别获得1987年度诺贝尔物理奖和1996年度诺贝尔化学奖。
如今，准晶体的发现者舍特曼教授最终在2011年度诺贝尔化学奖中登顶，实属实至名归。
准晶_精品文档
准晶什么是准晶？准晶（Quasicrystal）是一种特殊的晶体结构，不同于常见的周期性晶体。
它以自我复制的方式组成，具有类似于晶体的长程有序性，同时又有类似于非晶体的无规则性。
准晶的发现引起了科学界的广泛关注和研究，对固体物理学和材料科学有着重要的意义。
准晶最早由以色列科学家丹·舍帕斯于1982年发现。
他发现了一种由铝、锰和金属硅组成的合金，其X射线衍射图谱显示出非常奇特的衍射斑点图案。
这种图案既不是晶体的经典单一斑点，也不是非晶体的连续衍射环，而是由固定的五角星图案组成。
这一发现颠覆了当时对晶体结构的认识，开启了准晶研究的新篇章。
准晶的结构特点准晶的结构特点可以用“离子包络模型”来描述。
这个模型假设准晶中的原子排列类似于离子包络，由环绕原子球组成。
准晶的结构可以通过一组向量来描述，这组向量被称为“母基矢”。
准晶的母基矢不是简单的周期性晶体的矢量，而是具有非周期性和非整数的关系。
这种非晶体的特性使准晶的结构具有五角星、八角星等非传统形状的对称性。
准晶的结构还具有“五重旋转对称性”，即它的结构在沿着某个固定轴旋转180度时仍保持不变。
准晶的应用准晶的独特结构特点使其具有一些特殊的物理性质和应用价值。
首先，准晶具有低摩擦系数和低热导率的特点，使其在润滑材料和热障涂层等领域有着广泛的应用。
其次，准晶还具有高硬度和高强度的特点，与金属和陶瓷相比具有更好的机械性能。
因此，准晶在材料加工、汽车制造和航空航天等领域的应用也越来越广泛。
此外，准晶还具有优异的电学和光学性能，使其在电子器件和光学器件等领域具有潜在的应用前景。
准晶在导电性能、光学透明度和磁学性能方面都具有特殊的优势，因此对其的研究和应用也成为当前热门的科研领域之一。
准晶的未来对准晶的研究还处于相对初级的阶段，很多问题仍然待解决。
当前的研究重点主要集中在准晶的合成方法、结构与性质之间的关系以及准晶的制备工艺等方面。
随着科学技术的不断进步，相信对准晶的认识会进一步深化，其潜在的应用领域也将继续扩展。
准晶体
性质3：最小内Βιβλιοθήκη 及稳定性晶体 ， 准晶体在相同的热力条件下 , 较于同种化学成分 的气体液体及非晶质而言 ,准晶体内能较小，晶体的内能 为最小。 晶体结构是一种有序结构。具有周期平移格子构造的固 体, 其内部质点在三维空间均成周期性平移重复的规则排 列 , 这种规则排列是质点之间的引力和斥力达到平衡的 结果准晶结构也是一种有序结构，其中质点呈准周期平 移排列 , 这种结构形式是较为稳定方式或准稳定方式。 在此类情况下 , 无论是使质点间的距离增大或是减小都 将导致质点的势能增加 这就意味着 , 在相同的热力学条 件下 , 准晶体的内能较小 , 晶体的内能应为最小。
性质2：准周期性
众所周知，五次对称性和周期性是不能共 存的。如果坚持五次对称，就必须考虑准 周期性。如图3，沿与5次轴正交的一个轴 看去（用箭头表明），线段的长度并不是 随意的，而仅有一长一短两种，他们的比 值恰好是黄金分割数1.618…，且图中所有 夹角都是π/5的整数倍。也就是说，虽然这 种二维结构中不具有周期性，但也不是完 全混乱无序的，无论是长度还是夹角都有 定值。
准晶体及其性质
概念
准晶体，是一种介于晶体和非晶体之 间的固体。准晶体具有与晶体相似的
长程有序的原子排列，但是准晶体不
具备晶体的平移对称性。
长程有序
若关联函数随空间距离增大收敛至非零常数则为长程有序，以幂函数形式 衰减至零则为准长程有序，以指数函数衰减至零则为短程有序。
性质1：五次旋转对称性
在传统结晶学中，五次对称会破坏空间点 阵的平移对称性，即不可能用五边形布满 二维平面，也不可能用二十面体填满三维 空间。英国人彭罗斯便在前人工作基础上 提出了一种以两种四边形的拼图铺满平面 的解决方案。准晶的形态中隐藏着美妙的 数学常数τ，亦即黄金分割数1.618……。彭 罗斯拼图以一胖一瘦两种四边形（内角分 别为72度、108度和36度、144度）镶拼而 成，两种四边形的数量之比正好是τ；同 样的，在准晶中，原子之间的距离之比也 往往趋近于这个值。
准晶体的发现及应用
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。
准晶及准晶材料概览
下Fibonacci数列，同样具有自相似性。
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二维Pentaplexity
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是否具有“三维Penrose”拼图?
答案似乎是显然的，但并非二维 Penrose拼图在第三维上的简单拓展， 而是寻找一个全新的结构来填充整 个空间。
化学与分子工程学院准晶体及Leabharlann 晶体材料概览化学与分子工程学院
摘 要：准晶体翻开了晶体学新的一页，同时也在材料领
域开拓了新的研究方向。2011年诺贝尔化学奖授予以色列 科学家丹尼尔·谢赫特曼，以表彰他发现准晶体。可以说， 准晶体带来了材料化学、结构化学的革命；本报告通过对 准晶体的发现历史、结构、特性，应用等方面的讨论，增 加同学们对晶体学知识的了解，激发同学们对化学新兴领 域的兴趣。
• 数学上已经证明，具有平移性的晶体不存在5及6 以上旋转轴。
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数学家在准晶发现之前已经从理论上对准晶的存在给出了 预言。1974年 R.Penrose发现一种非周期可填满整个空 间的图形结构Pentaplexity
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Pentaplexity分形结构
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一些比较重要的准晶组成、结构。发现年代简表
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两个现在比较热门的 研究焦点
1.分子准晶 这一分子准晶是以具有十则对称的10,5-Coronene为核心的分 子为结构基元在Penrose tiling(由一胖一瘦两种菱形组成的准 对称构形)上“拼” 成。
准晶体的概念
准晶体的发现
1984年,美国国家标准局Shechtman 和我国科学家郭可信教授等相继在 Al-Mn和Ti-V-Ni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. 这种新的结构被称为准晶体.
自迅速冷凝的Al-Mn合金中得到的电子衍射花样 (五重晶带轴)衍 射Biblioteka 实 验 示 意 图 一准晶体
Quasicrystal
Anyvchi 2011.11.1
内容简介
相关历史简介 （History) 定义 (definiens) 准晶体的结构特点 (characteristic in structure) 与晶体的区别和联系 (differences and sameness) 准晶体的研究现状和展望 (complexion and expectation of the research)
理想的准晶体是由两种以上有 “原胞”在空间无限地重复构成 的，这些“原胞”的排列具有长 程的准周期平移序和长程指向序。
从模型理论的角度，我们忽略 掉晶体的物理内涵，把由此而得 出的结构叫做拼砌，其排列晶格 叫做准晶格。 而术语“准晶体”则着重于其 原子和分子的分布结构。
的由 风 筝 和 飞 拼 镖 砌 构 造 penrose
由锐角分别为36°和72°的 菱形四边形构造的penrose拼砌
相 似 变 换
两 组 砌 元 之 间 的
奇特的物理性质
准晶体材料的组分是金属，但它不具有金 属的导电性和导热性，而是具有类似玻璃的导 电性和导热性。 即具有低电导率且电导率随温度升高而增 加，较高的Seebeck系数和很低的热导率等与 同类金属晶体合金很不相同的性质。
衍 射 实 验 示 意 图 二
物理学定义
准晶态材料
2.4.3 准晶态材料• 准晶体(quasicrystal) • ---准周期晶体(quasiperiodic crystal)的简称 准晶体是1984年科学家发现的一种新的物质聚集形态。
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。
例如五次对称轴等。
5重旋转轴准晶体的发现，破除了几百年来关于晶体必须 具有周期性 因而不可能存在五重旋转对称的信条 具有周期性，因而不可能存在五重旋转对称的信条， 对于晶体学工作者解放思想，重新审视自己的观察 结果，推动晶体学向更深入、更精确的方向发展， 起了重要作用。
起了重要作用晶体学研究有300多年历史 经典晶体学 1912年X射线晶体衍射 现代晶体学 1984年准晶的发现，新对称理论（2）冰的结构 常见结构型式： 冰-I Ih （冰、雪、霜） （冰 雪 霜） 常压，0°C，六方晶系， 空间群4 D6 h −P63 mc m∠OOO非常接近109.5° O H…O 和 O…H—O O O— 两种方式的无序情况冰-Ic 真空，133-153KO位于金刚石 中C的位置 H无序分布新华社伦敦３月９日（2009年）电 英国《自然·材料》发现冰在纳米尺度上的平面结构为五边 形，而非通常的六边形。
来自英国伦敦纳米研究中心和德国弗里茨·哈贝尔研究所 等机构的研究人员说，他们在光滑的铜表面对冰用扫描隧道显 微镜进行观测 并进行了大量计算 最终确定冰在纳米尺度上 微镜进行观测，并进行了大量计算，最终确定冰在纳米尺度上 有五边形的平面结构。
论文第一作者哈维尔 论文第 作者哈维尔·卡拉斯科说，了解冰的纳米结构尤 其冰黏附在固体表面时的纳米结构具有重要意义，因为这可以 帮助研究人员了解冰晶如何形成，而之所以要了解冰晶的结构， 是因为它在人工造云、降雨中发挥重要作用。
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准晶的组成和结构
组成：从组成上看，至今发现的准晶绝大
称性。介于玻璃（短程有序，长程无序）和晶体（长程 有序，且具有平移对称性）之间。
金属玻璃
金属准晶体
金属晶体
天然准晶矿物
准晶体立体模型
准晶体原子结构模型
准晶体平面堆砌图
彭罗斯贴砖图
谢赫特曼发现的Al-Mn合金准晶体
结构模型图
谢赫特曼发现的Al-Mn合金准晶体 稳定性
在300℃中保温6h和在350℃中保温1h都不发生 晶化 在400℃保温1h晶化为稳定的Al6Mn晶相 准晶相为典型的介稳相
准晶体的分类
根据三维物理空间中材料呈现准周期性的维数划分
三维准晶：有二十面体准晶和立方准晶两大类 二维准晶：有十次准晶、十二次准晶、八次准晶和五 次准晶四类。 一维准晶：原子在二维上是周期分布的，另外一维是 准周期分布的。 根据准晶在热力学上的稳定性划分 可将其分为稳定准晶和亚稳定准晶两大类。 至今发现的近200种准晶中有七十多种是热力学稳定的
谢赫特曼发现的Al-Mn合金准晶体 合成制备
含Mn、Fe、Cr 10-14%的Al金属熔体急冷，一步 转化为介稳的固体 生成过程包括成核和长大两个过程，随着准晶相 的形成，发生两相隔离，界面扩散速度10-2m/s, 生成时间10-4s.
Shechtman D, Blech I, Gratias D, et al. Metallic phase with longrange orientational order and no translational symmetry[J]. Physical Review Letters, 1984, 53(20): 1951.
准晶材料的应用
准晶材料具有高硬度、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。可应用为表面改性材料，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传统隔 热材料。
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。
准晶体简介
组员 肖嵘君 赵 见 赵海林
2011年诺贝尔化学奖
准晶体的发现
达尼埃尔· 谢赫特曼
一种准晶体结构
准晶体发现历程
理想的晶体 是由原子在三维空间以一定的对称
性周期有序地堆积而成。具有5重对称轴的平面连 二维平面空间都无法完全填充，在三维空间就更 不可能存在了。
准晶体发现历程
1982年4月8日，41岁的谢赫特曼在美国霍普金斯大学 从事研究工作，发现“准晶体”结构 由于“准晶体”结构打破了传统晶体结构必须具有重复 性这一黄金法则，谢赫特曼被赶出研究团队 鲍林在国际会议上当着上千人说：“谢赫特曼简直是一 派胡言。不可能存在什么准晶体，只有准科学家 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。 瑞典皇家科学院表示，他的发现“彻底改变了化学家们 对固体物质的看法”。
分形学图形
准晶体的性质
电性能
与金属的导电性质相比，准晶体一般电阻较大 温度不太高时，其电阻随温度的升高而减小 准晶的导电性随质量的改善反而降低
热性能
导热系数K很小，且与温度密切相关 实验观察准晶的热性能有明显的各向异性
磁性能
霍尔系数为负值，绝对值比金属大两个数量级 随温度的变化可能改变方向
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！