准晶体的性能及其应用
准晶、准晶凝固及其在材料工程上的应用(一)
准晶、准晶凝固及其在材料工程上的应用(一)朱祖昌;杨弋涛;陈思悦【摘要】准晶是不具有三维周期平移序,而只具有准周期长程平移序和旋转对称性的新固体结构形态.Shechtman发现准晶使人们对晶体的认识发生了根本性变化.正是因为如此,原来的“原子在空间的规则重复排列”的晶体定义已改为“具有本质的明锐衍射花样的任何固体”.准晶绝大多数出现在Al基合金中.准晶按热力学稳定程度分亚稳相和稳定相.在自然界还存在着一些天然态准晶.为此,准晶可由熔体快速凝固或慢速凝固予以制造,并且可以应用Bndgman和CzochrMski等方法制取准晶单晶.准晶具有一些独特的特性.准晶在材料工程上应用的核心点是在材料组织中出现准晶会使其力学性能得到提高.对铝基合金相应的方法可获得以准晶相为主体的组织和在固溶体的基体上出现准晶相.对钢铁材料是通过合金成分设计和热处理方法研究使在材料基体上弥散析出准晶相.【期刊名称】《热处理技术与装备》【年(卷),期】2017(038)001【总页数】7页(P68-74)【关键词】准晶;凝固;铝基合金;马氏体时效钢;弥散析出;应用【作者】朱祖昌;杨弋涛;陈思悦【作者单位】上海工程技术大学,上海201620;上海大学,上海200072;上海市机电设计研究院有限公司,上海200040【正文语种】中文【中图分类】TG111.4自从Shechtman1982年发现准晶和在1984年发表后，准晶的研究在全世界范围内风起云涌般地开展。
特别在1986年发现了热力学上稳定的准晶相和2009年在自然界存在天然态准晶以后，这就使研究和应用准晶进入了全新的时期。
本文对准晶的发现、分类、准晶凝固、准晶相关性能和应用作比较详细论述，使材料工作者有相当清楚的认识，并能从事准晶在材料工程方面的应用研究。
以色列海法(Haifa)市以色列理工学院材料工程系的材料科学博士丹尼尔·谢赫特曼(Daniel Shechtman)于1981～1983年参加美国Johns Hopkins大学访问度假工作时，与美国马里篮州盖瑟斯堡市的美国国家标准技术研究所(NIST)合作研究Al-过渡金属合金快速凝固项目。
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_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。
准晶体的发展及其应用
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
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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。
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。
准晶体
准晶的应用
由于准晶材料有较高的硬度、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。准晶材料的 主要作为表面改性材料，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 代这些传统材料隔热。 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。
准晶的研究现状
自准晶结构被发现以后，国际国内均形成研 究热潮。准晶物理的研究内容十分广泛。 目前，国际国内对准晶体的结构及其稳定 性研究较透彻，而对它的物理性质（尤其 是热力学性质）方面的理论研究很少。 从目前来看，除了一维准晶情况外，准晶体 的物性研究无论是实验还是理论方面都还 处于开始阶段。
准晶的研究现状
The end，thank you！
研究的瓶颈在于实验上，毫米级的大块准晶 单晶不易制备，从而限制了物理性质的实 验研究。 实验数据的缺乏也反过来制约了理论研 究的进展。 其次，准晶合金的原子结构大都不易精 确确定。
准晶的研究现状
最近，准晶地研究有了进一步的发展。 到目前为止，已有上百种合金被观测到了 准晶相，他们大部分都是Al基二元素或三元 素合金或者是与Al相类似的Ga及Ti元素的合 金。 还在不断的报道一些新的类型的准晶被发 现。
准晶体
华理学子
内容简介
一．什么是准晶体 二．准晶体的分类 三．二维penrose图的构造 四．准晶体的性质与应用 五．研究相关
什么是准晶体
晶体的结构是高度有序化的,它具有以原 胞周期性排列为特征的短程平移有序和满 足晶体学点群为标志的最近邻价健长程指 向有序.晶体的纯旋转对称轴只可能是 1,2,3,4,6次对称轴 相反地,非晶固体却不具备这种晶体长程 相关性. 准晶体作为一种被新发现的晶体结构形 态,在结构特征上是处于两者之间的.
精品准晶简介演示文档
有密度小、耐蚀和耐氧化的优点,
在航空和汽车工
、
与基底结合性好等优点。
准晶的导热性较差，但由于层厚较薄,
业的发动机等部件中,
有潜在应用价值。
不会影响到
不粘锅的使用。
(2)准晶作为构造材料增强相的应用
(b)准晶纳米颗粒增强Al基合金
(a)准晶相作为时效强化相
(4)固态反响法 将叠压在一起的多层纯组元薄膜在
一定温度下加热进展互扩散, 也可以获得准晶。
(5)真空气相沉积法 将两个纯组元加热到工作温度,
影响准晶形成的因素
(1)合金的成分 对于能形成准晶的合金系统, 准晶只
能在一定的成分范围内形成。
(2)电子构造 已经发现在Al-Mn 二元系中, 不易形成
Mn-Mn 近邻原子对, Al42Mn12二十而体有很高的稳
类合金(M-VIII组元素)
二十面体相:二元系
二十面体相:
二十面体相:Mg
二元系
NiTi
Al-Mn
Al-Pd
Al-Cr
4CuAl
6 Al-2.5Li-1.2Cu-0.9Mg-0.1Zr
2 FeTi
2
八边形相:三元系
三元系Cr-Ni-Si
Al-Mn-Si Al-Mn-Fe Pd59V20.5Si20.5
包括Melt-Spining法, 电子束外表扫描法和雾化制粉
法。
(2)退火法 利用某些非晶态合金加热时的转变或某
些合金经固溶淬火处理后进展人工时效时的析出能
获得准晶相。如Al-Cu-Li准晶
(3)高能粒子束辐照法 将多层纯组元薄膜叠压在一
起, 用高能电子束或离子束进展辐照可以获得准晶。
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 (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。
准晶及准晶材料概览
准晶及准晶材料概览准晶及准晶材料是一类具有独特结构和性质的材料。
它们的结构介于晶体和非晶体之间，具有有序周期结构，但缺少长程周期性。
准晶材料是独特的，因为它们在原子层中存在着一种五倍旋转对称性，这与传统的晶体对称性不同。
本文将对准晶及准晶材料进行概览。
准晶材料是由国际准晶学会(IUCr)于1982年首次定义的。
根据IUCr的定义，准晶材料是一种具有不具备平移对称性的有序周期结构的材料。
准晶材料的结构单位称为“集晶”(cluster)，它是准晶材料中具有原子或分子固定结构的最小重复单元。
准晶材料的特点是它们的结构中存在二次、五次、十次乃至更高的旋转对称性，这与传统的晶体仅具有两次三次等对称性是不同的。
准晶材料的发现是在20世纪60年代末70年代初。
当时，日本化学家铃木敬三首次在金铝合金中观察到了准晶结构。
此后，准晶材料的研究逐渐扩展到其他合金体系和无机材料中。
准晶材料的研究进展证明，它们具有许多独特的物理、化学和机械性质，使得它们在各个领域都引起了广泛的兴趣。
准晶材料的丰富性质是由于它们的特殊结构所决定的。
准晶材料的结构单位可以是单原子、分子或者离子，它们以一种特定的方式排列形成不同的集晶。
每个集晶都具有一定的对称性，如五重旋转对称性，这使得整个准晶材料具有高度的非周期性和对称性。
准晶材料的原子或分子之间的相对位置和角度是固定的，这使得准晶材料具有较好的稳定性和机械性能。
与传统的晶体材料相比，准晶材料具有较高的硬度、耐磨性、耐腐蚀性和热稳定性。
准晶材料在材料科学和工程中具有广泛的应用。
例如，准晶材料可以用于制备高强度和高耐磨性的涂层材料，还可以用于制备高性能的电子器件和光学元件。
准晶材料还可以用于制备高效的催化剂和吸附剂，被广泛应用于化学工业和环境保护领域。
此外，准晶材料还可以用于制备新型的复合材料和纳米材料，具有潜在的应用前景。
总之，准晶及准晶材料是一类具有独特结构和性质的材料。
准晶材料具有有序周期结构，但缺少长程周期性，其结构单位为集晶，具有二次、五次、十次乃至更高的旋转对称性。
准晶、纳米晶、非晶和液晶结构
（2）无规则网络学说
学说要点： a:形成玻璃的物质与相应的晶体类似，形成相似的 三维空间网络。
b:这种网络是由离子多面体通过桥氧相连，向三维 空间无规律的发展而构筑起来的。
c:电荷高的网络形成离子位于多面体中心，半径大 的变性离子，在网络空隙中统计分布，对于每一个变 价离子则有一定的配位数。
离子键化合物在熔融状态以单独离子存在， 流动性很大，凝固时靠静电引力迅速组成晶格。 离子键作用范围大，又无方向性，且离子键化合 物具有较高的配位数（6、8），离子相遇组成晶 格的几率较高，很难形成玻璃。
金属键物质，在熔融时失去联系较弱的电子， 以正离子状态存在。金属键无方向性并在金属晶 格内出现最高配位数（12），原子相遇组成晶格 的几率最大，最不易形成玻璃。
折射率等
第三类性质：玻璃的导热系数和弹性系数等
Tg ：玻璃形成温度，又称脆性温度。它是玻 璃出现脆性的最高温度，由于在这个温度下可 以消除玻璃制品因不均匀冷却而产生的内应力， 所以也称退火温度上限。
Tf ：软化温度。它是玻璃开始出现液体状态 典型性质的温度。相当于粘度109dPa·S，也是 玻璃可拉成丝的最低温度。
二是双辊法，此法也生产带状制品。与单辊法不同的 是，液体状金属喷射到两辊间隙处，进行双面冷却和 压延。
三是水中拉丝法。金属玻璃丝有独特的用途，但难以 用上述的辊面冷却方法制作，故常用水中拉丝法制作， 即把液体金属连续注入冷却水中，直接获得金属玻璃 丝。
此外，晶体材料在高能辐照或机械驱动作用下 也会发生非晶转变。
准晶体目前的应用包括耐磨涂层、不黏涂层、 热阻涂层(引擎绝热)、高效热电转换、聚合物 母体合成、选择性太阳能吸收和储氢等，主要 有铝系合金准晶体、Ti(zr)基准晶二大体系。
准晶的结构对称性及其物理性质
准晶的结构对称性及其物理性质
准晶（quasicrystal）是一种拥有无限对称性（即不属于五边形、六边形等常见的空间群）的晶体。
准晶的结构对称性使它在某些方面与晶体相似，如表面形貌和晶体纹理等，但又在某些方面与晶体不同，如拥有无限对称性和禁带等特性。
准晶的物理性质受其结构对称性的影响。
例如，准晶的禁带（即能带）比晶体更宽，因此准晶的导电性比晶体差；准晶的晶体纹理可以用于制备高性能表面，因此准晶在涂料、抗磨材料等领域有广泛应用。
高等物理冶金-准晶
5
中南大学
材料科学与工程
准晶的分类
(6L510L315L2)
三维准晶 原子结构在三维空间场作准周期排列。三维准晶主要
为二十面体型,包含6个5次对称轴、10 个3次对称轴和15个2次对
称轴。
二维准晶 原子结构是在主轴方向上呈周期性平移对称,而在与该
主轴正交的平面上呈准周期排列。 二维准晶包括8次、10次和12
Al-Mn合金的准晶相:
由一系列取向相同、棱或顶相连接的
20面体结构单元非周期性地连接而成,空
隙由无序分布的原子填充。
面体准点阵的倒易点阵也是一个20面体
20面体12个顶点由Al原子占据,Mn原
子位于20面体中心, Mn与A1原子之间有
。因此，准晶也产生明锐的斑点衍射。
序键合,各20个面体的取 向相同。
t
=
5+1
2
序列中: L成单或成双出现, S单个出现;
任意项均为前两项之和;
相邻项的比值逐渐逼近。
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L1
Symmetry in 2D arrangement of atoms
L2
L3
L4
L6
Rotary Symmetries are incompatible with translational periodicity:
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材料科学与工程
准晶的形成与制备
1、冷凝速度
当熔体快速冷却时, 原子簇无规排列, 便形成非晶态材料;
熔体冷却得很慢, 原子可以扩散, 原子簇之间可协调相互位置,使
其具有长程周期序,便成为晶态相。
准晶材料的研究及应用
系统 中 Ｈａｌ 应 与磁 阻 ；后者 表 现 为 ｌ效 宏 观 系 统 有 不 同的 磁 性 。 实 验 发现 二 ｌ
十面 体准 品 Ａ卜 Ｃｕ ｅ的 Ｈａｌ Ｊ Ｆ ｌ 系数 为
３结语 ． 准 晶体 是 ８ ０年 代凝 聚 态物 理 的 两
大 进 展 之 一 。 准 品材 料 最 早 应 用 于 不
理 空 间 的 材 料 中 ，原 子 二 维 呈 准 周 期 分 布 ，另 外 一 维 呈 周 期 分 布 。 实 验 上 已 发现 的 二 维 准 晶有 十 次 准 晶 、十 二 次准 晶、八 维准 晶和五 维准 晶 四类 。
伍 陶陶 刘育 樊振 军
中 国地 质 大 学 （ 京 ） 材 料 科 学 与 工 程 学 院物 理 实 验 中 心 北
摘 饕 蠹 蠹 。 ： 旋转轴 、 二次 旋 转 轴 、 八 次 旋 转 轴 本文简 要介绍了 准晶体的分类及准晶的导电 ；和 五 次 旋 转 轴 维 准 晶指 的 是 其 中
一
１ Ｏ 时 为正 ，且随 外场 增 加而 增加 ； Ｋ ０
。
但 若温 度大于 １０ 时 ，磁 阻将 随外 场 ０Ｋ
。
：
力 学 上 的 稳 定 性 ，可 将 其 分 为 稳 定 准
干涉解释 。
引言
晶 体 的 最 基 本特 征 就 是 具 有 周 期 性 。即在 三维 空 间中 ，完 整地 晶体可 由 有 序制约 了旋 转对 称性 ， 只能 有 １ 、 即 次 ２次 ３次和 ６次旋 转 对称 这 几 种 。 但
科… 。 寺
性 ，准 周 期 是 指 质 点 的 排 列 具 有 长 程 导 电性 能 反映 准 周期结 构对 物理 性 能的 有 序 ，但 不体 现 周 期 重 复 。 根 据 三 影 响 ，它 可 以 从 准 周 期 系统 中 电子 结 维 物 理 空 间 中材 料 呈现 的 维 数 ， 可 以 把 准 晶分 为 三 维 准 晶 、 二 维 准 品 和 一 维 准 品 。 所 谓 三 维 准 晶 ，指 的 是 三维
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。
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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。
此外,准晶的热扩散系数和比热容都随温度的升高而增大。
1.1.4磁性能这里主要介绍实验研究较多的Al-Mn系二十面体准晶的磁性研究成果。
根据研究Al-Mn 系准晶合金的直流和交流磁化率与温度之间的关系发现 ,其磁化率与温度之间遵守居里-外斯规律, 显示负的居里温度,并在约10K时存在自旋玻璃转变。
由直流磁化率与温度的关系求出含Mn为20a t%的Al-Mn及Al-Mn-Si系准晶合金的平均有效磁矩为1. 4μB。
通过进一步的核磁共振、核比热与磁比热以及饱和磁矩的研究发现, Al-Mn系准晶中并不是所有Mn原子都具有磁矩, 且具有磁矩的Mn原子其磁矩大小也各不相同,具有一定的分布。
与非晶体的磁性不一样, 具有磁性的准晶体大多数呈现弱常磁性或反磁性, 其磁化率x 不随温度变化, 电子结构γ在0和２mJ/mol·K２之间，Al65Cu20Tm15（Tm=Mn、Fe、Cr）准晶体的磁化率最大，在0~100k温度范围内其磁化率随温度升高而近似的呈反比降低。
1.2力学性能1.2.1常规力学性能准晶室温下的性能特点与一般金属间化合物相仿,表现为硬而脆。
表1列出了部分准晶、陶瓷材料及高强铝合金的弹性模量、维氏硬度和断裂韧性。
由表1 中数据可以看出, 准晶的硬度与陶瓷材料相仿, 远高于高强铝合金, 而韧性较低,仅为陶瓷的1 /4～1 /5, 更不能与高强铝合金比。
根据脆性材料的定量描述方法, 即脆性材料的硬度与韧性之比(HV /K IC ) 可知,准晶的脆性较大,是陶瓷材料的4倍以上。
进一步的研究表明,准晶力学性能沿周期方向和准周期方向的差异不大,退火可以适量改善准晶的抗拉强度,但对硬度和韧性的影响不大。
1.2.2高温力学性能准晶位错周围存在许多分立的错排点,使位错的可动性大大降低,因此通常情况下准晶表现出极端脆性。
然而,实验结果表明,准晶在某一较高温度以上也会发生明显的塑性形变,并且弹性模量和流变应力也都会随着温度的升高而降低。
如Al-Cu-Fe二十面体准晶在650℃以上、Al-Pd-Mn和Al-Ru-Cu二十面体准晶在700℃以上有明显的塑性形变。
1.2.3摩擦性能准晶材料的摩擦磨损行为研究相对开展较早,这主要得益于准晶薄膜制备技术的日臻成熟。
表给出了几种常用材料和Al65Cu20 Fe15准晶薄膜的维氏硬度和摩擦系数。
可见,准晶薄膜与块体准晶的硬度基本相同,都远远高于钢及铝合金,多数情况下准晶薄膜的摩擦系数要略大于块体准晶,但都小于其它金属。
因此,准晶薄膜具有较好的耐磨性能。
1.2．4 表面抗氧化及不粘特性氧对Al系准晶中的Al具有择优氧化性, 因此氧化时Al被优先氧化。
氧化的作用使Al在准晶表面富集,进而形成一层致密的A l2O3氧化膜(表面氧化层) 。
氧化膜的厚度与氧化环境有关,它在真空、大气和水中的厚度分别为0.4 ～0.8nm、1.9～2.6nm 和5.8～8.6nm。
由于氧化膜具有钝化作用,所以准晶的抗氧化性能一般都比较好。
准晶在费米能级处的电子密度较低, 再加上准晶薄膜表层具有一定的粗糙度,故准晶薄膜具有较低的表面能,其大小接近传统不粘材料聚四氟乙烯,因此具有优良的表面不粘性。
1.2.5储氢特性金属材料的储氢特性主要取决于金属于氢之间的化学反应以及金属中可容纳氢原子的间隙位置和数量。
在大多数过渡金属中, 氢趋向于四面体位置,因而具有四面体结构的Laves相是很好的储氢材料。
而二十面体准晶就拥有大量的四面体配位结构,因此从理论上讲这类准晶具备了储氢能力。
Kelton等通过对Ti系二十面体准晶的储氢能力实验证实了这一设想,此后在其它系的准晶合金(如Zr-Cu-Ni-Al等)中也都得到了证实。
1.2.6弥散强化特性准晶高硬度的特性使其理所当然地能成为一种弥散强化相来增强基体金属。
形成准晶弥散强化的方法主要有两种,即热处理和粉末冶金。
热处理就是通过固态反应析出准晶相并弥散分布于基体中, 从而起到强化合金的作用。
粉末冶金法就是利用粉末冶金技术将准晶颗粒与金属粉混合后在高温下挤压成由准晶颗粒与金属基复合的材料。
2准晶材料的应用准晶材料具有的一系列性能特点, 使其从高技术领域如应用于航空航天器机翼和机身的表面涂层、航空发动机叶片上的热障膜以代替传统的氧化锆和锆钇氧化物,到一般工业领域如用于轻合金表面涂层等, 都具有广阔的应用前景。
然而由于准晶的脆性问题,严重阻碍了它在结构材料中的应用。
因此, 目前准晶材料的应用仍主要在准晶薄膜(准晶涂层)和准晶复合材料两方面。
2.1不粘锅涂层不粘锅涂层通常是利用喷涂技术将Al-Cu-Fe准晶颗粒沉积到基体上,并形成一个均匀薄膜。
由于同时加入了Cr等合金元素,因此该薄膜除具有较低的表面能,即具有优良的不粘性能外,还具有优良的耐蚀性、耐高温性(可承受750℃高温) 、高的硬度(是不锈钢硬度的2倍以上)和高的耐磨性。
2. 2 热障涂层与航空发动机常用的隔热材料锆钇氧化物及其它隔热材料相比, 准晶涂层具有密度低、硬度高、耐磨、耐蚀、耐氧化、使用温度高及易于制造等优点,因而能满足多种场合下的隔热要求。
其形成方法也是利用喷涂技术在基体表面形成一层准晶薄膜。
目前准晶热障涂层已在飞机和汽车发动机等部件中得到应用。
2.3太阳能选择吸收薄膜准晶本身并不具备光的选择吸收特性, 但准晶薄膜与高反射材料组成的多层结构材料, 如“铜/绝缘体/准晶/绝缘体”对太阳光却具有选择吸收的特性。
由此构成的绝缘体/准晶/绝缘体多层膜具有很高的热吸收率和很低的热发射率,与现有的工业化材料相比,虽然它们的热吸收率略有降低,但热发射率却要低得多。
2.4准晶复合材料准晶弥散强化的特性, 正在逐渐走向实用。
本文前面提及的A l2Cu2Fe准晶颗粒/A l基复合材料已被用作轻质中温高强、高韧结构材料;由准晶弥散强化的低碳马氏体时效超高强度钢(硬度730HV,抗拉强度接近3 000M Pa) ,则可望应用于医疗器械材料。
Inoue等获得的由纳米尺度的Al-Mn-La、Al-Cr-La准晶颗粒增强的Al基合金, 因具有优良的弯曲性能和高达1 200～1400MPa的弯曲强度,而有望应用于航空工业。
2.5磁性材料二十面体准晶的独特结构,很容易把它与软磁材料联系在一起。
软磁材料的特点是高的磁导率,低的矫顽力和低的铁芯损耗。
而二十面体准晶的特点是具有极高的电阻率和较高的对称性(比任何晶态磁性材料都高) ,易磁化轴数比晶态多,各向异性的位垒低,畴壁运动或磁矩转动都比较容易,因而可以有效地降低矫顽力和铁芯损耗。
所以,虽然二十面体准晶因具有磁各向异性而降低了磁导率,但仍有可能成为具有优异软磁性能的磁性材料。
对于二维准晶,若易磁化轴是其周期排列的主轴,则有可能获得单轴各向异性的新的永磁材。
由此可见,准晶对磁性的一个重要影响就是磁各向异性。
虽然至今尚未获得真正的准晶磁性材料, 但由近期开发的居里温度在300～500K的二十面体Al70 - X Pd15Mn15BX铁磁性准晶材料等成果可以相信,随着对准晶材料研究的不断深入,一定能开发出具有实际应用价值的准晶磁性材料。
3准晶体的发展趋势（1) 全面研究准晶体的力学性能, 为开发实用工程准晶材料铺路。
（2) 研究准晶体对常用工程材料表面改性的贡献；（3) 继续研究准晶体的热稳定性，开发高温准晶材料；（4) 继续研究准晶体的电磁性能，开发准晶功能材料；（5) 研究准晶体性能的普遍规律；（6) 研究准晶体性能的内在机制，为准晶体性能研究提供理论依据。
总之，准晶体的性能研究具有广阔的前景，只要掌握了准晶体的性能特征及影响因素，就会出现许多具有特殊性能的准晶新材料为人类服务。
参考文献[ 1 ]肖华星.引人注目的新材料—准晶材料 IV：准晶的性能及应用[A].常州工学院报，2005（01）： 0010–05.[2]伍陶陶,刘育,樊振军.准晶材料的研究及应用.中国地质大学（北京）材料科学与工程学院物理实验中心.2010年.[3] Shechman,D. et al., Phys. Rev. Lett,1984,53，1951.。