准晶体材料的性质与应用
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。
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.
准晶体材料的合成与性质研究
准晶体材料的合成与性质研究随着科技的不断发展，准晶体材料逐渐成为各个领域的研究热点，从而吸引了越来越多的科学家加入到其研究行列中来。
准晶体材料指的是由原子或分子按照特定规律排列形成的结构相对有序、但又不符合平凡晶体的周期性复制和转动对称性的固态物质。
准晶体材料具有复杂的基本结构单元，形态奇特、多样的集合体，并具有平凡晶体所不具备的特殊的物理、化学性质。
在此背景下，本文将着重探讨准晶体材料的合成与性质研究的相关内容。
一、准晶体材料的结构特征准晶体材料的基本结构单元由多种简单结构单元组成，并按照规律排列。
其中基本结构单元通常是由相同或不同的原子或分子组成的一种几何图形，如：正十二面体、五角星、八角星等。
准晶体材料具有复杂的层状结构，由周期性的平面片组成。
其主要特征是在小范围内存在有序性，但在宏观上没有周期性等复杂的结构。
二、准晶体材料的合成方法1、氢氧化铝溶胶凝胶法氧化铝准晶体合成一般采取氢氧化铝溶胶凝胶法。
该方法主要是采用化学沉淀法制备氢氧化铝凝胶，将浓缩后的凝胶进行加热，使之分解为氧化铝粉末。
其主要优点是反应时间短，实验条件较为简单。
2、溶液合成法溶液合成法是将钠硅酸盐和碳酸钠等化合物作为原料，在溶液的协同作用下，生成具有规则的晶格构型和高度非对称性的结构单元，从而得到准晶体材料。
该方法制备准晶体材料比较简单，可以在常压下进行，具有很高的经济效益。
三、准晶体材料的物理与化学性质准晶体材料具有许多平凡晶体所不具备的独特性能。
其各向异性和非对称性是导致其具有特殊物理、化学性质的主要原因。
以下是准晶体材料的几个常见物理与化学性质：1、光学特性许多准晶体材料具有极高的透明度和折射率，在光学领域具有广泛应用。
2、磁性行为准晶体材料中存在大量磁性原子，展现出许多独特的磁学性质。
3、导电性准晶体材料具有在小范围内排列比平凡晶体更有序的结构单元，可直接影响材料的导电性能。
4、热学特性准晶体材料具有较大的热膨胀系数和热导率，对材料的热学性质产生显著影响。
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。
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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。
6. 准晶体在纳米制造领域中的应用
准晶体在微纳米制造中被广泛地应用。
其微细的结构使其具有
出色的形态可控性和受控的独特性质。
准晶体可以以多种形状和
尺寸生长，包括球形、正方形、三角形等，分析改变这些形态可
以带来一系列的材料性能的变化。
利用准晶体的这些性质和特点，可以制造出高效的纳米器件、纳米传感器等。
总结
准晶体是一种介于晶体和非晶体之间的材料，具有独特的结构
和性质。
准晶体在透声学、膜、电池、催化剂、纳米制造等方面
有着广泛的应用前景。
未来，随着科学技术的不断创新发展，准
晶体材料必将成为一种耐用性高、可控性佳、功能多元化的关键新材料。