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
3120000170
1984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。第三，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。
准晶体的用途
准晶材料具有的一系列性能特点，有较高的硬度、低摩擦系数、不粘性、耐蚀、耐腐等，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。但准晶体材料在常温环境下呈脆性，这大大限制了准晶体的应用。准晶材料的应用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。
准晶材料的应用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，准晶体早已被开发为有用的材料。像我们最常见的不粘锅炊具，因为准晶材料具有耐蚀耐磨等特点，用于不粘锅表面更抗腐。
在隔热性能方面，相比泡沫、纤维、金、银、镍、铝箔等传统隔热材料，准晶体具有密度小、耐蚀和耐氧化的优点，在航空和汽车工业的发动机等部件中，有非常大的应用价值。
以前，航空航天工业中，飞机座舱和驾驶舱内常用泡沫塑料、超细玻璃棉、高硅氧棉等材料，而现在，科学家们正研究用准晶体材料来替代这些传统材料。此外，准晶体还被用作太阳能工业薄膜材料。因为准晶体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)，可应用于太阳热能工业。
此外，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。目前各国化学家也正在研究准晶体材料在真空镀膜、离子注入、激光处理、电子轰击、电镀等方法制备准晶膜的应用。
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。
准晶体的电学性能主要表现为电阻率高、导电性差的特点。常见晶体的电阻率一般最高只有数十微欧姆·厘米；非晶体合金的电阻率一般最高也只有几百微欧姆·厘米；而准晶体的电阻率非常高.同时准晶体的电阻率与其结构完整性的关系密切，即准晶体结构越完整，电阻率越高。然而随着温度的升高，准晶体的电阻率下降，表现出负的温度系数。除此之外，在二维的A1．Cu．Co准晶体中，10次对称轴周期方向的电阻随温度升高而增大，与金属一致；而与其正交的准周期方向的电阻却随温度升高而减小，与半导体类似，即在周期方向与准周期方向其电阻显示出各向异性。在准晶体的磁性能方面，目前最关注的是二十面体准晶体Al-Mn合金系。科学家在研究它们的直流和交流磁化率与温度的关系时发现：磁化率与温度之间符合居里一外斯规律，表现出负的居里温度，并且在约10 K时还显示出自旋玻璃化转变的现象。他们通过核比热、磁比热、核磁共振以及饱和磁矩的进一步研究得出结论：Al—Mn合金系中所有的Mn原子并不是都含有磁矩，且含有磁矩的Mn原子的磁矩大小也并不一致。由于这种不一致，准晶体的磁性能方面的研究仍然面临着巨大挑战。
2准晶光子晶体的应用
准晶光子晶体的诸多显著特点使其应用到大量光学电子设备中。大量实验研究表明，准晶光子晶体的应用前景非常广阔。它不仅可以像周期型光子晶体一样用于波导、光纤、滤波器等光电子器件中，在实现耦合腔波导、低阈值激光器、光电二极管、光孤子、负折射材料等方面比光子晶体更有优势。准晶光子晶体结构波导：在准晶光子晶体结构中引入线缺陷可以形成波导结构。引入不同的线性缺陷可以实现不同的波导结构。准晶光纤：准晶光子晶体结构可以在对称中心产生缺陷态，而光能量可以局限在这样的缺陷态中，因此我们使缺陷模的分布无限延伸，使局限在其中的光能量可以进行传输，这样就无需缺陷构成准晶光纤。准
晶耦合腔波导：光子晶体耦合腔波导在通信方面有着广阔的应用前景。对于准晶光子晶体来说，实现这种耦合腔波导的方式更为丰富。因为准晶结构无需引入缺陷就可以产生局域模，因此我们可以将多个高对称中心组合在一起就可以形成一个耦合腔波导，这就是准晶结构的优势所在，它更灵活，更方便.
准晶激光器：反馈是实现激光器必不可少的条件。在准晶光子晶体结构中做一些改变，引入不同的点缺陷，实现对光子的局域效应。此外由于准晶结构中缺陷模的多样性，灵活性，可以改变介质柱数量、尺寸等来降低激光器产生激光的阈值，从而设计出性能更好的准晶激光器。
准晶光子晶体的负折射和超透镜：负折射性和左手性物质一直是近几年来的研究热点，吸引了很多科学家的目光。目前，一般使用金属开口的环谐振腔来实现负折射，此外还可以利用单轴各向异性介质来实现负折射。但是这只是在低频段，在高频段，特别是光波段时，利用这些导体材料时的损耗非常大，因此通常应用光子晶体来实现负折射。但是光子晶体结构具有很强的周期性，
其色散具有各向异性，因此影响均匀的色散和远场聚焦效果。需要选用高对称结构来构造平板透镜，而准晶光子晶体正好满足这种要求。比如，2005年Z．Feng在实验中证实在十二重准晶光子晶体中存在负折射，可以实现远场的亚波长成像。并且指出准晶光予晶体可以实现远场的聚焦，而且对于非偏振光可以实现远场亚波长成像。
准晶光子晶体可以应用于许多领域，并且和周期性光子晶体相比，准晶光子晶体有明显的优势。它在降低耦合腔波导中光的群速度，实现低阈值激光器，提高发光二极管的发光效率等很多方面已展现出其特有的优势。因此准晶光子晶体的应用有着十分广阔的前景，值得我们进行深入的研究。
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。
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。以前，航空航天工业中，飞机座舱和驾驶舱内常用泡沫塑料、超细玻璃棉、高硅氧棉等材料，而现在，科学家们正研究用准晶体材料来替代这些传统材料。
太阳能选择吸收薄膜：因为准晶体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），可应用于太阳热能工业。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。
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
Al
2Cu
2
Fe准晶颗粒Al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。
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。
目前，准晶体材料作为一种新兴的材料己被广泛应用于材料学、生物学等领域，它的应用前景非常乐观。除了准晶体可以作为表面改性材料和结构材料增强相以外，它还可应用于热致发电材料、半导体材料和储氢材料等方面。但由于准晶体材料难制备、成本高、室温脆性等特点，严重阻碍了准晶体材料的实际应用。至今，世界上只有法国、日本和美国等少数国家真正掌握了准晶体薄膜的制备技术。
虽然宏观上准晶体材料表现出硬而脆的性质，但其粉体颗粒足够小时，其性能会发生转变，表现出高硬弹的特点。这一现象表明，准晶材料在微小尺度时可能出现与宏观性能迥异的特征。所以准晶材料微纳米化及其相关的研究也可能成为以后研究的热点。
总之，准晶体研究仍然是一个富有挑战性又充满机遇性的新型研究领域。
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。如图给出的含钬－镁－锌三种金属的准晶体的正十二面体外型。已知的准晶体都是金属互化物。2000年以前发现的所有几百种准晶体中至少含有3种金属，如Al65Cu23Fe12，Al70 Pd21Mn9等。但最近发现仅2种金属也可形成准晶体，如Cd57Yb10〔Natur e,2000,408:537〕。有关准晶体的组成与结构的规律仍在研究之中。有关组成问题值得重视的事实如：组成为Al70Pd21Mn9的是准晶体而组成的Al60Pd2 5Mn15却是晶体。有关结构问题，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最近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 diffractio n diagram）来代替原先的微观空间呈现周期性结构的定义。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。 四．准晶体发现者获2011年度诺贝尔化学奖 诺贝尔奖评选委员会第102次颁出化学奖2011年度诺贝尔化学奖于北京时间10月5日揭晓，以色列理工学院的丹尼尔-谢德曼（Daniel Shechtman）因“发现准晶体”而一人独享了这一殊荣。 今年70岁的舍特曼将获得1000万瑞典克朗(约合140万美元)的奖金。舍特曼发现了准晶体，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”。 1982年，舍特曼在美国霍普金斯大学工作时发现了准晶，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
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
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。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
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。
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。此外准晶作为结构材料增强相、作为时效强化相，准晶相、准晶纳米颗粒增强al基合金，准晶颗粒增强复合材料的应用也非常广泛。准经材料在储氢材料，半导体材料和热值发点材料等方面有良好的应用前景。 制备 快速凝固：1 ，急冷凝固：是通过各种急速冷却的方法冷却合金液，金属相在合金液冷却过程中来不及形核和长大，使合金由液态直接转变为非晶态或准静态 图1
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 2011-12-13 2011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。谢赫特曼看到的衍射图案不同于以往看到的任何图案：它是亮点构成的同心圆，每个圆圈内有10个点。这些圈符表明，不可能的对称性是存在的。谢赫特曼用尽一切办法，一再检查自己的实验。但是，都得到了一样的结果。1 试验明确的说明，就算不能铺满平面，五边形也能组成相对对称的具有长程周期性的结构，这就是所谓的准晶体。 其实，现实生活中，准晶体的图案也是早为大家所熟知，却没有激发以前的科学家的灵感，不得不说是一种遗憾。例如，马赛克镶嵌工艺。数量上有限的、不同形状的瓷砖拼在一起，形成的图案从不重复。阿拉伯艺术家早在13世纪时就运用了这样的镶嵌工艺来装饰建筑物，例如当时装饰的西班牙格拉纳达市的阿尔汉布拉宫。20世纪60年代和70年代的时候，数学家们企图发现最少用多少块瓷砖就可以拼出这种非周期性的图案。20世纪70年代中期，彭罗斯得出答案：仅用两块菱形瓷砖作为一套就可以做到这一点。看一看彭罗斯图案，你就可以发现其中有许多五边形和十边形。 晶体学家阿伦?麦凯（Alan Mackay）利用圆圈代表彭罗斯瓷砖砖角处的原子，建造了一
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 3120000170 1984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。第三，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。 准晶体的用途 准晶材料具有的一系列性能特点，有较高的硬度、低摩擦系数、不粘性、耐蚀、耐腐等，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。但准晶体材料在常温环境下呈脆性，这大大限制了准晶体的应用。准晶材料的应用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。 准晶材料的应用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，准晶体早已被开发为有用的材料。像我们最常见的不粘锅炊具，因为准晶材料具有耐蚀耐磨等特点，用于不粘锅表面更抗腐。
嘲笑中诞生的诺贝尔奖_名人故事
嘲笑中诞生的诺贝尔奖 1941年他出生于以色列特拉维夫一个乡村，父母都是老实巴交的农民。但他似乎基因变异，打小就让大家觉得脑袋有毛病，他总喜欢胡思乱想，别人习以为常的事物，他却总要刨根究底，就是老师也很多时候难以作答，而老师就格外刁难他，故意出他的洋相，他就成了大家嘲弄的对象。幸好他智力超群，一路过关斩将，求学路上倒是顺畅，1972年就从以色列工学院获得博士学位并留校任教。他特立独行，总是带着怀疑的目光审视着这世界，希望在正常中找出不正常来，生活也就磕磕碰碰，不那么得志。 1982年，41岁的他在美国霍普金斯大学从事研究工作，但依然不改曾经的偏执，敢于坚持和主流迥异的观点。这年4月8日，他首次在电子显微镜中观察到一种“反常理”的现象—当时所观察的铝合金中的原子，是以一种不重复的非周期性对称有序方式排列的，而按照当
时的理论，具有此种原子排列方式的固体物质是不存在的。他仿佛发现了新大陆，把这种固体物质命名为“准晶体”。他发现“准晶体”后，耗时几个月，千方百计试图说服他的同事，但一切皆是徒劳，不仅没人听他的解释，反而都以为他是疯子。他还被要求离开当时所在的研究小组。 百般无奈，他只有返回以色列，可照样受到无数的嘲弄，甚至有人指着他的鼻子说：本想疯子去了美国，他们可以安静；没想到疯子还是被遣回，他们的生活又会发疯。他近乎麻木地接受嘲笑，始终不放弃一丝一毫的希望去寻求支持，终于得到一个叫亚瑟的朋友的帮助，准备将“准晶体”的有关研究成果公开发表。 起初，这篇论文频频遭到拒绝，一些编辑甚至说他们不要如此无聊，连起码的“科学常识”都不懂得，却做所谓的研究，耽误编辑的宝贵时间，真是疯子。但在他和亚瑟历尽千辛万苦，直到1984年，论文
准晶的衍射花样特点-概述说明以及解释
准晶的衍射花样特点-概述说明以及解释 1.引言 1.1 概述 准晶是介于晶体和非晶体之间的一种特殊结构形态，具有高度有序的排列但又缺乏周期性重复性。在衍射学中，准晶体的衍射花样呈现出独特的特点，与晶体和非晶体的衍射花样有所不同。研究准晶的衍射花样特点，不仅能够深入了解准晶的结构特征，还有助于拓展准晶在材料科学领域的应用。 本文将对准晶的衍射花样特点进行深入探讨，从准晶的定义开始，逐步介绍准晶的结构特点以及衍射花样的具体特征。通过分析准晶的衍射花样，我们可以更好地理解准晶的独特性质，并展望准晶在材料科学领域的潜在应用。 1.2 文章结构 文章结构部分应该包括对整篇文章的框架和组织方式进行简要的介绍，让读者了解文章的整体结构和内容安排。可以描述文章分为引言、正文和结论三个部分，分别介绍了准晶的定义、结构特点以及衍射花样，最后对准晶的衍射花样特点进行总结，并展望其在未来的应用领域。通过文章结构的介绍，读者可以更好地理解整篇文章的主题和内容安排，方便他们阅读和理解文章的要点和观点。
1.3 目的： 本文旨在探讨准晶的衍射花样特点，通过对准晶的定义、结构特点和衍射花样进行详细分析，深入了解准晶材料在衍射中的独特表现。通过本文的研究，可以更好地认识准晶材料的特性和特点，为准晶研究领域的发展提供理论支撑和实验依据。同时，也希望通过对准晶衍射花样特点的探讨，拓展准晶材料在材料科学领域的应用潜力，为相关领域的研究和发展提供启示和指导。 2.正文 2.1 准晶的定义 准晶是介于晶体和非晶体之间的一类特殊结构材料。与晶体不同的是，准晶不具有长程有序性，即准晶的原子或分子并不按照规则的周期性排列，但仍然具有一定的局部有序性。与非晶体相比，准晶则具有一定的局部周期性结构。 准晶的特征在于其具有多种不同尺度的周期性结构特点，展现出多重比例的有序性。准晶结构常常是以单位胞中的若干个简单原子或分子结合形成的一定形式的细胞，这些细胞之间通过一定规则的排列组合而成。由于准晶结构较为复杂，其在X射线衍射图谱中呈现出独特的花样特点，与晶体和非晶体的衍射花样有明显不同之处。
压电效应下一维六方准晶中孔边多裂纹反平面断裂问题研究
压电效应下一维六方准晶中孔边多裂纹反平面断裂问题 研究 近年来，压电材料在新能源、传感器和无线通信领域中得到了广泛的应用。压电效应是指某些晶体材料在受到外力作用下会发生电荷分布的变化，从而产生电场。然而，在压电材料中，常常伴随着裂纹和缺陷的存在，这会对材料的性能和使用寿命产生不利影响。 本文将重点研究压电效应下一维六方准晶中孔边多裂纹反平面断裂问题，旨在深入了解压电材料的断裂行为及机制，为压电材料的设计和应用提供理论依据。 首先，我们需要了解一维六方准晶的特点。一维六方准晶是指在一维体系中存在六重对称性的非周期性晶体，具有准晶体和晶体的特征。这种材料在压电效应方面具有独特的优势和潜力。 然后，我们需要关注孔边多裂纹反平面断裂问题。由于压电材料常常存在裂纹和缺陷，断裂问题在材料的疲劳寿命和可靠性方面具有重要意义。孔边多裂纹反平面断裂问题是指在一维六方准晶中存在多个裂纹时，这些裂纹在受到外力作用下，会出现沿着裂纹面的开裂，即反平面断裂。这种断裂行为对材料的力学性能和耐久性具有显著的影响。 接下来，我们需要研究压电效应对一维六方准晶孔边多裂纹反平面断裂行为的影响。压电效应会引起材料的电场和电荷分布的变化，从而影响材料的力学性质。研究发现，压电效应有助于延缓和抑制孔边多裂纹反平面断裂行为的发生和发展。这是因为压电效应可以引起电子的重新分布，从而缓解裂纹周围的应力集中，减少断裂的可能性。
最后，我们需要分析一维六方准晶中孔边多裂纹反平面断裂行为的机制。研究表明，断裂的形成主要受力于裂纹尖端处的应力集中和裂纹的扩展。孔边多裂纹反平面断裂行为的机制可以通过应力场和电场的相互作用来解释。在外力作用下，裂纹尖端附近的应力集中效应会导致断裂的发生，而压电效应可以通过电荷重新分布和电场的作用来缓解应力集中，从而减少断裂的可能性。 综上所述，压电效应下一维六方准晶中孔边多裂纹反平面断裂问题是一个重要而复杂的研究课题。通过深入研究和理解压电材料的断裂行为及机制，可以为压电材料的设计和应用提供理论支持，同时也可以为相似材料的研究提供借鉴和启示。在未来的研究中，需要进一步探索压电效应对一维六方准晶中孔边多裂纹反平面断裂行为的影响机制，以期实现更好地优化和应用压电材料 综上所述，压电效应对一维六方准晶孔边多裂纹反平面断裂行为具有显著影响。压电效应通过引起电场和电荷分布的变化，减缓和抑制了断裂的发生和发展。该效应通过缓解裂纹周围的应力集中，减少断裂的可能性。孔边多裂纹反平面断裂行为的机理主要受力于裂纹尖端处的应力集中和裂纹的扩展。压电效应通过电荷重新分布和电场的作用来缓解应力集中，减少断裂的风险。深入研究和理解压电材料的断裂行为和机制，对于压电材料的设计和应用具有重要意义。未来的研究还需要进一步探索压电效应对一维六方准晶中孔边多裂纹反平面断裂行为的影响机制，以实现更好地优化和应用压电材料
准晶体的结构化学
准晶体的结构化学 准晶体是一类介于晶体和非晶体之间的结构态，具有部分长程有序。 它的结构具有复杂的空间对称性，通常由多个不规则的基本单元组成，存 在着重复的局部位型。准晶体的研究促进了对材料科学的理解和应用领域 的发展，例如催化剂、合金、涂料等。 从结构化学的角度来看，准晶体的结构与晶体和非晶体有着明显的区别。晶体结构具有高度的长程有序性，原子或分子按照一定的规则排列， 形成周期性的晶格结构。非晶体是无规则排列的粒子，缺乏长程有序性。 而准晶体的结构介于两者之间，具有部分长程有序。 准晶体的结构是通过不规则的基本单元进行重复堆积而形成的。这些 基本单元称为准基元，其结构通常由对称的多面体组成。在准晶体中，准 基元沿着特定的方向和距离重复排列，形成局部有序的位型。准基元的堆 积方式可以通过准晶体的空间对称性来描述，常见的对称操作有旋转、反演、平移等。 准晶体的结构发展中，有两个重要的里程碑：12面体和icosahedra。12面体是准晶体最早被观察到的结构，由十二个面相等的等边三角形组成。20面体则由二十个相等的正五边形组成，也是准晶体中常见的结构。其中，五个五边形围绕一个中心点对称排列，形成一个基本单元。通过沿 着特定的方向和距离重复堆积，可以形成局部有序的准晶体结构。 准晶体的结构通过X射线衍射、电子衍射等实验技术进行研究。这些 技术可以提供准晶体结构的信息，如晶格参数、原子或分子的排列方式等。此外，计算机模拟方法也可以用于研究准晶体的结构。通过建立原子间的 相互作用模型，可以模拟准晶体的结构和性质。
准晶体具有一些独特的性质和应用。首先，准晶体具有较低的摩擦系数，使其在润滑和涂料领域有广泛应用。其次，准晶体具有良好的催化性能，用作催化剂可以提高反应速率和选择性。此外，准晶体的高强度和硬度使其成为理想的结构材料，可应用于合金和纳米材料的制备。 总结起来，准晶体是一类结构复杂、具有部分长程有序的材料。其结构是通过不规则的基本单元进行重复堆积而形成的，具有复杂的空间对称性。准晶体的研究促进了对材料科学的理解和应用领域的发展，具有广泛的应用潜力。
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。 四、准晶体的意义 首先，准晶体的发现进一步丰富了材料世界的多样性，打破了对晶体和非晶体两种状态的传统认识。准晶体的特殊结构和性质为新材料的设计和制备提供了更多的可能性。 其次，准晶体的性质使其在许多领域具有广阔的应用前景。准晶体在材料的强化、涂层技术、催化剂等方面具有独特的优势，有望推动相关技术的发展和应用。 最后，准晶体研究的深入为科学家们提供了一个研究非晶态材料的新途径，对于揭示非晶态材料的结构和性质具有重要的借鉴意义。 总之，准晶体的发现和研究具有重要的理论和应用意义。准晶体的结构特点和性质为材料科学和工程领域的技术创新提供了新思路和新方向。
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。 1.获奖者简介 舍特曼1941年生于以色列特拉维夫,1972年从位于以色列海法的以色列工学院获得博士学位，随后在美国俄亥俄州赖特－帕特森空军基地航空航天研究实验室从事了三年钛铝化合物研究。1975年，舍特曼进入以色列工学院材料工程系工作。1981年至1983年，舍特曼利用假期赴美国约翰斯·霍普金斯大学从事合金研究并在此期间发现准晶体。舍特曼1996年当选以色列科学院院士，2000年当选美国国家工程院院士，2004年当选欧洲科学院院士。自1986年起，舍特曼已获得物理、化学等领域共计10余个奖项[5]。 2.准晶体的发现 在传统的理论中，固体材料分为晶体和非晶体两种。比如手机，手机内的金属器件是晶体，晶体中的原子按照一定的规律重复排列；而手机的塑料外壳是非晶体，其中的分子或原子排列杂乱无章，没有特别的规律。那么，有没有一种固体材料既不是晶体又不是非晶体呢？
科学家从失败到成功的小故事
科学家从失败到成功的小故事 人人渴望成功，但在失败时千万不要气馁。乐观地对待失败，成功就会向你招手。店铺精心为大家搜集整理了科学家从失败到成功的小故事，大家一起来看看吧。 科学家从失败到成功的小故事篇1 1864年9月3日这天，寂静的斯德哥尔摩市郊，突然爆发出一连串震耳欲聋的巨响，滚滚的浓烟霎时间冲上天空，一股股火苗直往上窜。仅仅几分钟时间，一场惨祸发生了。当惊恐的人们赶到出事现场时，只见原来屹立在这里的一座工厂已荡然无存，无情的大火吞没了一切。火场旁边，站着一位30多岁的年青人，突如其来的惨祸和过度的刺激，已使他面无血色，浑身不住地颤抖着——这个大难不死的青年，就是后来流芳百世的大化学家诺贝尔。 诺贝尔眼睁睁地看着自己所创建的硝化甘油炸药的实验工厂化为灰烬。人们从瓦砾中找出了5具尸体，其中一个是他正在大学读书的、活泼可爱的小弟弟，另外4人也是和他朝夕相处的亲密的助手。烧得焦烂的5具尸体，令人惨不忍睹。 诺贝尔的母亲得知小儿子惨死的噩耗，悲痛欲绝。年老的父亲因太受刺激引起脑溢血，从此半身瘫痪。然而，诺贝尔在失败和巨大的痛苦面前却没有动摇。 惨案发生后，警察当局立即封锁了出事现场，并严禁诺贝尔恢复自己的工厂。人们像躲避瘟神一样避开他，再也没有人愿意出租土地让他进行如此危险的实验。 这一连串挫折并没有使诺贝尔退缩。几天以后，人们发现，在远离市区的马拉仑湖上，出现了一只巨大的平底驳船，驳船上并没有什么货物，而是摆满了各种设备，一个青年人正全神贯注地进行一项神秘的试验。他就是在大爆炸后被当地居民赶走了的诺贝尔! 大无畏的勇气往往会令死神也望而却步。在令人心惊胆颤的实验中，诺贝尔没有连同他的驳船一起葬身鱼腹，而是经过多次试验，他发明了雷管。雷管的发明是爆炸学上的一项重大突破。接着，他又在
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。 结论 准晶体作为一种介于晶体和非晶体之间的特殊结构，具有自身独特的周期性和 有序性。准晶体的发现和研究为材料科学领域带来了新的思路和机遇。通过对准晶体的深入研究，可以探索出更多的结构多样性和性能优异的材料，推动材料科学和工程的发展。
非晶态材料的结构与性质研究
非晶态材料的结构与性质研究非晶态材料是一种具有特殊结构的材料，无定形、无序分布的 原子构成了它们的基本单元，同时它们也具有高度的随机性和失 序性。非晶态材料是过渡态材料，介于晶体与液体之间，与晶体 不同，它们没有规则的晶格结构，因此也不能被描述为任意结构 的重复单元。近年来，随着人类对材料科学的深入理解和研究的 深入，越来越多的科学家开始关注和研究这种神秘的非晶态材料。本文将从结构和性质两个方面入手，探究非晶态材料的内在特性 和可应用性。 一、非晶态材料的结构 非晶态材料的结构复杂多样，通常由不规则紧密排列、缺陷集 中分布、混合原子成分以及纳米结构构成。它们无长程有序，但 却存在近程有序和阻止原子自由运动的局域约束作用。非晶态材 料中，无法使用晶体的周期性函数或者Bravais格子来描述它们的 结构，也无法使用晶体学的方法来解析其晶格常数及对称性。 非晶态材料常被描述为“准晶体”，这也是由于非晶态材料具有 与晶体类似的物理化学性质。比如，强度、硬度、模量等性质， 甚至比晶体更好，在某些应用领域中可以更好地发挥作用。从宏
观的角度来看，非晶态材料呈现出均匀的特性，因此在某些特定环境下可以用来代替晶体材料。 二、非晶态材料的性质 非晶态材料的性质是其结构所决定的。由于非晶态材料无晶体的周期性结构，因此其物理和化学性质通常比晶体更为复杂。一些特定的结构和性质常常应用于制备晶体。在结构上，是由于非晶体中局部约束作用的存在以及无序的结构总体所导致的。在性质上，非晶态材料的特点是自组装的能力、缺陷密度大、力学性能优秀、高温应用能力好、表面结构多元化、电子性能有优势、生物活性等多种特殊性质的组合。 自组装性是非晶态材料的一个显著特点。由于其内部的局部约束作用，非晶态材料有一定程度的自组装能力。这意味着它们可以自行形成结构和形状。这一特点使得非晶态材料被广泛应用于材料科学，例如，它们被用于制备介电材料、金属玻璃、纳米材料等领域。 缺陷密度高是非晶态材料的另一个特点。它们的结构与晶体材料有所不同，在晶体中，由于晶体结构的规则和周期性，缺陷很
世界最新科技发明成果介绍
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