§6-8 非晶态和准晶态 (2)

作用的约束。原子局域关联性的存在决定了在非晶
态固体中存在着极为明显的短程有序性。短程有序 性，就是在原子周围小区域内原子排列的规则性。
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非晶态固体与人们的生活密有切联系：
玻璃和各种玻璃制品，已经成了各种现代建筑和交 通工具不可替代的结构材料；Si-Ge玻璃制成的高纯 度和高均匀性的玻璃纤维大量用于光纤通讯。
不存在5次和大于6次以上的旋转对称性。
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1984 年谢赫特曼（ D.Shechtman ）在快速冷却的铝 锰合金中发现了一种新相，其电子衍射斑点的分布具 有明显的 5 次旋转对称性。我国科学家郭可信等人在 钛钒镍合金和铬镍硅合金中分别发现了 5 次旋转对称 性和 8 次旋转对称性，还观测到了 12 次旋转对称性。 这一系列发现极大地震动了固体物理学领域，打破了 一百多年来已经形成的晶体学概念。谢赫特曼也因此 获得了2011年诺贝尔化学奖。
这种5次和大于 6次以上的旋转对称性的结构，不具 有完全的平移周期性，人们把它叫作准周期性，而把 具有准周期性结构的晶体叫作准晶体，简称准晶。准 晶的发现为固体物理的研究开辟了新的领域，推动了 固体物理理论的发展。 5
丹尼尔· 舍特曼（Dan Shechtman）1941年出生于特 拉维夫的以色列材料科学家，任以色列理工学院菲利 普托比亚斯材料科学教授、美国能源部能源埃姆斯实 验室助理、艾奥瓦州立大学材料科学教授。1982年发 现二十面体相，开辟了准晶体研究的新领域。 2011年 获得诺贝尔化学奖。
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* §6-8 非晶态和准晶态
一、非晶态固体及其应用 组成晶体的粒子在宏观尺度上规则排列的周期性，
就称为长程有序性。非晶态固体与晶态固体相比，结
构上的最本质的差别是不存在长程有序性。 在非晶态固体中，原子位置的空间分布并不是无
规则的，而是存在一种局域关联性，反映了相邻原
子之间，在短距离内受到物理的和化学的成键相互
但是，如果采用除了这四种形状以外的其它形状的 地砖，例如，正五角形（n = 5）地砖，地面各处必定 会留下一些空隙的。 如果还想继续把地面铺好，就必须另外再选一种或 多种其它形状的Fra Baidu bibliotek砖，才能把空隙填补起来。这就说 明了，5次和大于6次以上的旋转对称性与平移周期性 是不相容的。所以，在已有的固体物理概念中，晶体
应用最普遍的非晶态固体是有机聚合物，包括有机
玻璃、各种塑料和合成纤维等，已经深入到几乎所有
的技术领域和人们的日常生活之中。不仅用于制作形 形色色的日用品，也是重要的结构材料，而且还有许 多特殊的用途。 还有富 Te和 Ge-Te半导体玻璃以及软磁非晶态合金
（铁磁玻璃）等材料。
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二、准晶态简介 若将晶体绕某固定轴旋转一定角度 =2n后，仍能 自身重合，则该晶体具有 n次旋转对称性。同时，晶 体还具有平移周期性，将该晶体的基元晶胞一个挨 一个排列起来，可以充满整个晶体，中间不会留下任 何空隙。为了满足平移周期性，旋转对称性就要受到 很大的限制，理论可以证明，n只能为2、3、4和6。 前面所说的十四种布喇菲晶胞就是同时满足这两种 特性的晶体基元。譬如，在用一种相同形状的地砖铺 地时，地砖形状可以是平行四边形（n=2）、正三角 形（n=3）、正方形（n=4）或正六角形（n=6），将 它们一个挨一个地排列，必定铺满地面，中间是不会 3 留下任何空隙的。