准晶体的发展及其应用
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。
准晶体_精品文档
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。
准晶材料的发展历程及其研究现状
准晶材料的发展历程及其研究现状摘要：本文介绍了准晶的定义、分类，并阐述了准晶材料的发展历程。
简要概括了准晶材料的国内外研究现状。
最后，概括《热处理对含有十二面体准晶相的Ti1.4V0.6Ni合金电极的电化学性质的影响》大意。
关键词：准晶材料；定义；发展历程1 准晶材料的定义自第一个具有突破传统晶体学范畴的5次旋转对称合金相问世以来，至今人们已相继发现了具有8次、10次和12次旋转对称的合金相，这些合金的电子衍射花样特征表现出不同于晶体的5次对称和高于6次、8次、10次、12次对称，这些差异表明准晶代表了一种新的固态结构。
但5次及6次以上对称在传统晶体中是不允许存在的，因为不能仅仅用这样的几何单元来堆垛成无空隙的空间。
所以这些合金相既不能称为晶体(没有周期平移对称性)，又不能称为非晶体(具有长程有序)。
人们把这种违反传统晶体学理论的合金相命名为准周期晶体(Quasi-periodic Crystal)，简称准晶(Quasicrystal)。
由此可以得到准晶的定义为：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。
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。
2 准晶材料的发展1984年，美国科学家D.shechtman等[1]在研究用急冷凝固方法使较多的Cr、Mn和Fe等合金元素固溶于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。
DShechtman在美国《物理评论快报》上发表的“具有长程取向序而无平移对称序的金属相”一文中首次报道了发现一种具有包括5次旋转对称轴在内的二十面体点群对称合金相，并称之为二十面体相(Icosahedral phase)。
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。
准晶体简介
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
准晶体的发现、研究及应用前景
准晶体的发现、研究及应用前景王一贺31200001701984年，舍特曼在美国霍普金斯大学工作时发现了准晶，其实自然界早已经有准晶体的踪影。
2009年，在意大利佛罗伦萨自然科学史博物馆的一块古老岩石中，意大利和美国科学家发现了天然准晶体化合物的“芳踪”，如图2所示，他们把这种由铝、铜和铁三元合金系组成的新矿物质命名为Icosahedrite(取自正二十面体)。
而这种天然准晶体似乎来自45亿年前的一块陨石，它可能是一种最古老的矿物质，形成于太阳系的诞生。
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。
准晶体没有周期性，但具有准周期性。
准周期是指质点的排列具有长程有序，但不体现周期重复。
根据三维物理空间中材料呈现的维数，可以把准晶体分为三维准晶体、二维准晶体和一维准晶体。
准晶体的各项性质，取决于其本身的化学组成和内部结构。
一切准晶体的内部结构都共同遵循准晶体的空间准周期格子规律，并由此可以导出一切准晶体所共有的性质。
由于准晶体结构中缺陷极为普遍，准晶体颗粒又十分细小(微米级)，而且还具有一些向晶态、玻璃态过渡的现象，因此准晶体的性质常常偏离理想状态。
理论上的准晶体应有下述一些性质：均一性、各向异性、对称性、自限性、最小内能性、稳定性。
准晶体的性能主要包含以下三方面内容。
第一，导电性能。
与金属的导电性质相比，准晶体显示出一种迥然不同的性质。
准晶体一般有比较大的电阻。
当温度不太高时，准晶体的电阻随温度的增加而减少。
准晶体的电阻与其组分浓度有关。
实验发现，准晶体的导电性能随样品质量的改善反而降低。
准晶体异常的导电性能反映准周期结构对物理性能的影响。
第二，磁性能。
对高电阻的准晶的磁阻，当温度不高时，准晶体磁致电阻情况很复杂，但若温度大于100K时，磁阻将随外场的增加而减少。
这时的Kohler规律不在适用。
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。
准晶体的发现与研究
准晶体的发现 是近年来凝聚态物理学的一个重要突破， 现已发现准晶态广泛地存在于许许多多合金之中。 现在，在一些Al-Li-Cui、Al-Cu-Fe和Al-Cu-Co等合金系中 已发现了大量热力学稳定的准晶
Al-Cu-Co十次对称棱柱状准晶
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。 瑞典一家公司也在一种耐用性最强的钢中发现了准晶体， 这种钢目前被用于剃须刀片和眼科手术用的手术针中。 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（paracrystal）而非真晶体。
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，这种钢目前被用于剃须刀片和眼科手术用的手术针中。
背景介绍 准晶体概述 发展历程及研究现状 准晶体的应用
2011诺贝尔化学奖得主：Daniel Shechtman
“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。对此，我并不在意，我深信自己是对的， 他们是错的。” ——Daniel Shechtman 1982年4月8日，41岁的Shechtman正在美国霍普金 斯大学从事研究工作，他发现的“准晶体”原子结构打 破了传统晶体内原子结构必须具有重复性这一黄金法则， 在科学界引起轩然大波。来自主流科学界、权威人物的 质疑和嘲笑不断向他涌来。 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。 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 Shechtman的发现。
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。
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。
准晶的讲义
一维晶体
• 重点介绍一维晶体-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
倒易点阵
e=(e1,e2,e3,e4,e5,e6)Ej=(E1E2E3E4E5E6)
准晶的力学性质
• 准晶室温下表现为硬而脆，韧性较低
• 炊具表面材料：不粘锅底（只是薄层，因 为准晶的导热性较差） • 隔热材料：准晶的热导性 • 太阳能工业薄膜材料：准晶的特殊光学性 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）
• 什么是量子干涉？ • 就是电子波在传播路上会互相干涉，这就 是量子干涉效应，实际上，电子在运动中 还可能受到外磁场或电子本身自旋与散射 产生的轨道运动间的作用而发生相干散射， 由于这些散射时间在不同条件下相对大小 不同，以及他们本身一般都与外场和温度 有关，因此，准晶磁阻也就出现复杂的情 形。
准晶的磁性行为
金属中的电子在磁场力的作用下会改变其运动方向， 这种偏离运动增加了它同晶格或杂质原子的碰撞 机会，从而金属电阻率将增加，称为磁致电阻 （磁阻） 实验观测到，高电阻的准晶磁阻比较大，当温度t不 太高时，准晶磁致电阻的情况将更加复杂，例如ial-cu-fe的磁阻在t《100k时为正，且随外场增加 而增加，但若t》100k时，磁阻将为负，且随外场 增加而减少。这种现象可以用量子干涉效应来解 释
• 物质在磁场中的行为通常有逆磁，顺磁， 铁磁，和反铁磁。 • 实际观察到，准晶在磁场中同样也有逆磁， 顺磁，铁磁，和反铁磁这些不同的行为 • 他们与金属的浓度，环境，温度，以及金 属的不同有关。
关于准晶体的一些认识与启发
关于准晶体的一些认识与启发早期晶体学家们都根深蒂固地认为，五重或七重以上的对称不符合自然规律。
因为其中原子间的距离长短不一，这个样式无法实现旋转对称，由此很容易就充分证明了在晶体中找不到五重对称，依此，七重对称或者更高重的对称都是找不到的。
1982年4月的那个早晨，以色列理工学院的Dan Shechtman 却发现在他电子显微镜下面，一个衍射图案可以安然转过的1/10个圆周（也就是36）依旧得到原来样式，也就是说，发现了十重对称，不敢相信自己所看到的，他在自己的实验记录本上写下了“10 Fold???”[1]。
进一步深入研究图像后他发现这是一种具有5次对称取向有序而没有周期平移有序的封闭的正二十面体相（如图1所示），在那个时期，这项工作绝对是颠覆性的了，以至于相关论文1984年夏天被Journal of Applied Physics断然拒掉，还好，Physical Review Letters 没做同样的武断之事，随后就发表了他的文章[2,3]。
图1：二十面体相对称元素的立体投影图[2]Shechtman发现的固体形态被命名为准晶（quasicrystal），以示与传统晶体的区别，并被认为是介于晶体和非晶体之间的一种形态。
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。
根据晶体局限定理（crystallographic restriction theorem），普通晶体只能具有二次、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如六次以上的对称性[4]。
在此准晶发现之前之前，科学界对固态物质的认识仅限于晶体与非晶体，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。
准晶体的发现使得固体物质中一种“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。
准晶材料的研究现状及其前景展望
２００７ ／ ２ 现代铸铁 ６５
经
Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｔｅｃｈ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ
营
管
理
与
技
术
的 ５ 次旋转对称性。几乎在同一时间， Ｄ．Ｌｅｖｉｎｅ
发
及 Ｓｔｅｉｎｈａｒｄ［２］在研 究 具 有 ５ 次 对 称 的 原 子 簇 时 ，
展
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
文献标识码： Ａ
文章编号： １００３－ ８３４５（ ２００７） ０２－ ００６５－ ０３
Ｐｒ ｅｓｅｎｔ Ｓｔａｔｕｓ ｏｆ Ｒｅｓｅａｒ ｃｈ ａｎｄ Ｐｒ ｏｓｐｅｃｔ Ｆｏｒ ｅｃａｓｔ ｏｆ Ｑｕａｓｉｃｒ ｙｓｔａｌ Ｍａｔｅｒ ｉａｌｓ
ＤＩＮＧ Ｌｕ－ ｆｅｎ， ＳＵ Ｇｕａｎｇ－ ｃａｉ
准 晶 中 有 序 度 最 高 的 Ｚｎ６０Ｍｇ３０ＲＥ１０ 二 十 面 体
准 晶［９］。
２０００ 年末， 旅日中国台湾科学家蔡安邦领
导 的 课 题 组 在 Ｃｄ－ Ｙｂ 系 中 发 现 了 二 维 稳 定 准
晶， 这打破了稳定准晶材料存在于三元或三元以
上合金系的经验规律［１０］。
迄今为止， 人们已经在 Ａｌ 合金、过渡族金属
术
晶纳米颗粒增强 Ａｌ 基合金等［１８］。另外在其导电、 ［９］王仁卉．准晶研究现状［Ｊ］．国际学术动态， ２０００， （２）：６０－ ６２．
发
［１０］Ｔｓａｉ Ａ Ｐ， Ｇｕｏ Ｊ Ｑ， Ａｂｅ Ｅ． Ｎａｔｕｒｅ， ２０００： ４０８－ ５３７．
展
热传导、光传导等传导特性、储氢特性、高温塑性
［１１］丁 棣 华．准 晶 的 弹 性 、塑 性 与 位 错［Ｊ］， 物 理 学 进 展 ， １９９８， １８，
准晶材料的发现和进展
发现由Cd-Yb两种元素构成 的稳定准晶相，这些稳定准晶体 具有极大的科学价值，他的这一 科研成果发表在2000年11月30日 出版的英国《自然》杂志上。
天然准晶
2009年，在俄罗斯一条河流内的矿物样品中发现了自然 生成的Al63Cu24Fe13准晶体
Daniel Shechtman简历
个人经历 1941年出生于特拉维夫（英属巴勒斯坦托管地），以色 列材料科学家， 以色列理工学院取得机械工程学士后，又接连取得材料 科学硕士与博士学位。 美国能源部埃姆斯实验室(Ames Laboratory)助理、艾奥 瓦州立大学材料科学教授。
Materials Science and Engineering 294–296 (2000) 108
大连理工大学
Prof. C. Dong Ti-Zr-Ni/Fe/Co •I-phase formation • Bulk materials •Mechanical properties
[1] J. Non-Cry. Sol. 334 (2004) 223 [2] 金属学报，40（2004）：62
美国工程院院士，欧洲科学院院士，以色列科学院院士
现任以色列理工学院杰出教授， 美国菲利普托比亚斯材料科学列席教授； 美国爱荷华州立大学杰出 日本东北大学杰出教授 河南理工大学兼职教授 北京工业大学兼职教授
获奖（10多项） 诺贝尔化学奖（准晶体的发现）（2011年） Wolf奖（物理）（1999年） 以色列奖（物理）（1998年 Weizmann科学奖 瑞典皇家科学院Aminoff奖）
(1) A tetrahedron placed on every face of an icosahedron (which itself can be thought of as a packing of 20 tetrahedra). Number of vertices 1 + 12 + 20 (2) Thirty more tetrahedra, over the icosahedron edges, completing the rings of five tetrahedra around the icosahedron edges. No new vertices. (3) Finally, a five-ring can be placed in each of the concavities. 12 new vertices. Total: 130 tetrahedra, 1 + 44 vertices (atom positions).
准晶体的发展及其应用
03
Part three
准晶体的性质和性能
准晶体与晶体的对比
晶体的定义：晶体是内部质点在三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。
二者对比：
准晶体结构虽然不具备经典晶体学意义上的平移周期，但它却 有自相似性准周期。 准晶体是具有准周期平移格子构造的固体。准晶体结构具有数 学上严格的自相似性准周期及统计意义上的无规则自相似准周期。 准晶体不具有传统晶体的周期性，却在长程上有序。
钬-镁-锌十二面体准晶
Penrose拼图。可以看到平面中仅由 宽窄两种菱形构成，中间的球也由这 两种菱形构成
The end,thank you!
均一性 即准晶体在其任一部位上都具有相同性质。 各向异性 即准晶体的性质因（如外形上的相同晶面、晶棱，内部结构中 的相同网面。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。
自限性：即晶体、准晶体都能自发地形成封闭的几何多面体外形。 最小内能性：即晶体、准晶体在相同热力条件下，较之于同种化学成分的气 体、液体及非晶质体而言，准晶体内能较小，晶体内能最小。 稳定性：对于化学组成相同，但处于不同物态下的固体物质一晶体最为稳定， 准晶体稳定性次之。（准晶体不可能自发地转变为其他物态）
准晶体的发展及其应用
目录
1 2 3 4 5 “反常晶体”的发现 什么是准晶体 准晶体的性质和性能 准晶体的制备 准晶体的应用
01
Part One
“反常晶体”的发现
“反常晶体”的发现
准晶体被发现的真正实验证据是1982年以色列科学家谢赫特曼采用急速冷凝 法研究Al-Mn 合金时，在电子显微镜下观察到的一幅违反自然“规则”的图画。 这幅图画竟然出现10次对称性，而其正空间中可以对应于5次对称性。
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
3）热性能：准晶体的热性能一般不高，即它的导热系数K很小， 且与温度密切有关。
4）准晶都很脆，将它作为结构材料使用尚无前景、准晶的特殊结 构对其物理性能有明显的影响。
5）准晶的密度低于其晶态时的密度，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，说明其周期性排列仍是较密 集的。
04Part four 准晶体的制备
如何制备准晶体
除了少数准晶为稳态相之外，大多数准晶相均属 于亚稳态产物，它们主要通过快冷方法形成，此外经 离子注入混合或气相沉积等途径也能形成准晶。准晶 的形成过程包括形核和生长两个过程，故采用快冷方 法时其冷却速度要适当控制。
制备方法：定向凝固法、自熔体法、深过冷快速凝固 法。
钬-镁-锌十二面体准晶
Penrose拼图。可以看到平面中仅由 宽窄两种菱形构成，中间的球也由这 两种菱形构成
谢谢您 聆听
三维物理空间的材料，其中的原子有二维是准周期分布的，另外一维是 周期分布的。实验上发现，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。 三、三维准晶
三维物理空间的材料，其中的原子在三维上都想准周期分布的。实验上已 经发现的三维准晶有二十面体和立方准晶两大类。
准晶体的性质
3）理论上的准晶体应有下述一些性质：均一性、各向异性、对 称性、自限性、最小内能性、稳定性
准晶体的发展及其应用
准晶体的定义
准晶体
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。 在准晶的原子排列中，其结构是长程有序的，这一点和晶体相似；但是准晶 不具备平移对称性，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。
03Part three 准晶体的性质和性能
准晶体与晶体的对比
晶体的定义：晶体是内部质点在三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。
二者对比：
准晶体结构虽然不具备经典晶体学意义上的平移周期，但它却 有自相似性准周期。
准晶体是具有准周期平移格子构造的固体。准晶体结构具有数 学上严格的自相似性准周期及统计意义上的无规则自相似准周期。
均一性 即准晶体在其任一部位上都具有相同性质。
各向异性 即准晶体的性质因观察研究方向的不同而表现出差异。
对称性：即准晶体中的相同部分（如外形上的相同晶面、晶棱，内部结构中 的相同网面。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。
自限性：即晶体、准晶体都能自发地形成封闭的几何多面体外形。
准晶体不具有传统晶有周期性，但具有准周期性，准周期是指质点的排列 具有长程有序，但不体现周期重复。
2）根据三维物理空间中材料呈现的维数，可以把准晶体分为一 一、维一准维晶准体晶、二维准晶体和三维准晶体。 期 二分、称三布二性维的维3、物。准）自理晶理空限论间性上的、的材最准料小，晶内其体能中应性的有原、下子稳述有定一二性些维。是性周质期：分均布一的性，、另各外向一维异是性准、周对
05Part five 准晶体的应用
准晶体的应用
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。另外，尽管 其导热性很差，但因为其能将热转化为电，因此，它们可以用作理想的热电 材料，将热量回收利用，有些科学家正在尝试用其捕捉汽车废弃的热量。
最小内能性：即晶体、准晶体在相同热力条件下，较之于同种化学成分的气 体、液体及非晶质体而言，准晶体内能较小，晶体内能最小。
稳定性：对于化学组成相同，但处于不同物态下的固体物质一晶体最为稳定， 准晶体稳定性次之。（准晶体不可能自发地转变为其他物态）
准晶体的性能
1）导电性能：准晶体一般有比较大的电阻。当温度不太高时， 准晶体的电阻随温度的增加而减少。准晶体的电阻与其组分浓度有关。