准晶体——21世纪的新奇材料

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。

凝聚态物理学的历史发展和展望摘要：凝聚态物理学已经成为当今物理学中最大的、最重要的分支学科。

其中很多活跃的领域的成果对日常生活产生了巨大的影响。

本文对凝聚态物理学的历史发展过程简要的介绍，并且结合当今凝聚态物理学的现状作出展望。

关键词：凝聚态物理学历史发展现状展望正文：凝聚态是固态和液态的通称，凝聚态物理学是研究固体和液体的基础性学科。

此外凝聚态物理学还研究介于固、液态之间的物态（例如液晶、玻璃、凝胶等）、稠密气体和等离子体，以及只在低温下存在的特殊量子态（超导体，玻色-爱因斯坦凝聚体等）。

凝聚态研究的物质的尺度从几米到零点几纳米,时间范围为几十年到10-15秒,能量范围(以绝对温度来标志)从几千开到纳开,粒子数通常在1027—1021(接近于热力学极限),在有些特殊情况下也会遇到很少的粒子数(103—101)。

这一物质层次的一部分是我们感官能够直接察觉到的,而其中的许多细节则可以借助各种显微技术来观察到。

因而毫不奇怪,这一物理学分支会影响到我们的日常生活。

下面我们先来介绍一下凝聚态物理学的历史发展。

一．凝聚态物理学的历史发展1. 凝聚态物理学的萌芽时期——固体物理学的建立固体物理学是研究固体的性质、它的微观结构及其各种内部运动，以及这种微观结构和内部运动同固体的宏观性质的关系的学科。

1928年,Bloch在处理周期结构中电子的传播时,提出了能带理论,从而使固体物理的范式基本建立,其核心概念是周期结构中波的传播。

弹性波或晶格波的传播,属于晶格动力学;X射线在晶格中的传播,牵涉到X 射线衍射动力学;然后是de Broglie波,即电子在晶格中的运动,这类似于能带理论。

考虑电子系统填充,若能带填满是绝缘体或半导体,若能带未填满则是导体。

固体能带论与晶格动力学构成固体物理学两大理论支柱。

40年代之后,由于范式的建立,固体物理学有了爆炸式的发展。

近年来,此范式又有了新发展。

人们关切电磁波的传播是否也存在能带和能隙。

准晶形成机制
准晶是介于晶体与非晶体之间的一种结构，具有定向的局部有序性。

准晶的形成机制主要涉及以下几个方面：
1.原子排列周期性与无序性的共存：准晶的形成源于原子排
列周期性与无序性的共存。

在晶体中，原子排列具有长程
的周期性结构，而在非晶体中，原子排列则是无规则的。

准晶则具有介于这两者之间的有序-无序结构，有一定的
局部有序性。

2.簇组合理论：准晶形成可以通过簇组合理论来解释。

该理
论认为准晶是由特定大小的簇组合而成的，这些簇具有相
对稳定的结构和周期性排列性质。

这种簇组合可以通过统
计力学方法来预测和解释。

3.非整周期性：准晶的一个显著特征是非整周期性。

相比晶
体的简单周期性结构，准晶具有更为复杂的周期性，如五
重轴对称、十重轴对称等。

这种非整周期性是通过对称性
和周期性定则来描述和分类的。

4.增加的局部原子配位数：准晶的形成通常涉及原子的高配
位数。

传统晶体中，原子的配位数是有限的，而在准晶中，原子的配位数往往更高。

这种增加的配位数可以通过在晶
体中引入其他元素或非周期性原子排列来实现。

准晶形成机制是一个复杂的课题，目前仍未完全理解。

虽然有一些理论和模型可以解释准晶的形成，但准晶仍具有许多未解
之谜。

随着材料科学和准晶研究的不断发展，相信对准晶的形成机制将有更深入的认识和理解。

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)。

纳米材料制备方法综述摘要：纳米材料由于其特殊性质，近年来受到人们极大的关注。

随着纳米科技的发展，纳米材料的制备方法已日趋成熟。

纳米材料的制备方法按物态一般可归纳为气相法、液相法、固相法。

目前，各国科学家在纳米材料的研究方面已取得了显著的成果。

纳米材料将推动21世纪的信息技术、医学、环境、自动化技术及能源科学的发展, 对生产力的发展产生深远的影响。

关键字：纳米材料，制备，固相法，液相法，气相法近年来，纳米材料作为一种新型的材料得到了人们的广泛关注。

纳米材料是指任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料，具有表面与界面效应，量子尺寸效应，小尺寸效应和宏观量子隧道效应，因而纳米具有很多奇特的性能，广泛应用于各个领域。

为此，本文综述了纳米材料制备的各种方法并说明其优缺点。

目前纳米材料制备采用的方法按物态可分为：气相法、液相法和固相法。

一、气相法气相法是将高温的蒸汽在冷阱中冷凝或在衬底上沉积和生长低维纳米材料的方法。

气相法主要包括物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD），在某些情况下使用其他热源获得气源，如电阻加热法，高频感应电流加热法，混合等离子加热法，通电加热蒸发法。

1、物理气相沉积（PVD）在PVD过程中没有化学反应产生，其主要过程是固体材料的蒸发和蒸发蒸气的冷凝或沉积。

采用PVD可制备出高质量的纳米材料粉体。

PVD可分为制备出高质量的纳米粉体。

PVD可分为蒸气-冷凝法和溅射法。

1.1蒸气-冷凝法此种制备方法是在低压的Ar、He等惰性气体中加热物质（如金属等），使其蒸发汽化, 然后在气体介质中冷凝后形成5-100 nm的纳米微粒。

通过在纯净的惰性气体中的蒸发和冷凝过程获得较干净的纳米粉体。

此方法制备的颗粒表面清洁，颗粒度整齐，生长条件易于控制，但是粒径分布范围狭窄。

1.2溅射法用两块金属板分别作为阳极和阴极，阴极为蒸发用的材料，在两电极间充入Ar气(40～250Pa)，两电极间施加的电压范围为0.3～1.5kv。

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。

21世纪的新奇材料：准晶体——综述准晶体的奇异物性和可能用途专业：物理学姓名：张文斌学号：09405130 摘要：2011年10月5日诺贝尔化学奖揭晓，以色列科学家达尼埃尔▪谢赫特曼（Danielshechtman）教授因发现准晶体(quasi-crystal)而独享这份殊荣。

准晶体的发现给科技界带来了极大的震动，颠覆了传统晶体学理论，打破了晶体学固有的格局，成为各领域科学家关注的焦点，其具有的独特性能，也大大激发了人们对其研究的热情。

本文主要从两个方面论述这一新奇材料：即准晶体的奇异物性和可能用途。

关键词：诺贝尔化学奖准晶体奇异物性可能用途正文：2011年10月5日诺贝尔化学奖揭晓，以色列科学家达尼埃尔▪谢赫特曼（Danielshechtman）教授因发现准晶体(quasi-crystal)而独享这份殊荣。

诺贝尔化学奖评选委员会在发表的声明中表明：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。

获奖者的发现给科技界带来了极大的震动，颠覆了传统晶体学理论，打破了晶体学固有的格局，改变了科学家对固体物质结构的认识；准晶体的发现，因此而成为各领域科学家关注的焦点，其具有的独特性能以及可能用途，也大大激发了人们对它的研究热情。

一、准晶体及其发现：何谓准晶体呢？所谓准晶体，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。

准晶体具有完全有序的结构：在准晶体的原子排列中，其结构是长程有序的，这一点和晶体相似；但是准晶体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，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。

关于准晶体的发现，其过程具有很大的传奇性。

关于这种长程有序的结构，其实早有发现，数学家在1960年代就推测出了这种对称模型；但是直到快20年后这种理论上的结构才和准晶体的研究联系起来。

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。

准晶名词解释嘿，朋友们！今天咱来聊聊一个挺有意思的东西——准晶。

准晶啊，你可以把它想象成是物质世界里的一个特别存在，就好像一群人里面那个特别有个性的家伙。

它不是我们常见的晶体，也不是毫无规律的非晶体，而是处在这两者之间的一种奇妙状态。

晶体呢，大家都知道，那结构是整整齐齐、规规矩矩的，就像阅兵式上的方阵一样，特别有序。

非晶体呢，就比较杂乱无章了，没有什么固定的排列。

而准晶呢，它就像是一个调皮的孩子，有着自己独特的“玩法”。

你说这准晶怎么就这么特别呢？它的原子排列既有一定的规律，又不完全按照晶体那样死板。

这就好比是一场舞蹈，晶体是那种严格按照舞步来跳的，每一步都不能错；非晶体呢，那就是乱跳一气；准晶则是有自己的节奏和风格，既不完全循规蹈矩，又不是毫无头绪地瞎蹦跶。

你想想看，如果世界上只有晶体和非晶体，那该多无聊啊！准晶的出现，就像是给物质世界带来了一抹别样的色彩。

它让我们知道，原来还有这样一种独特的存在。

准晶在很多领域都有它的身影呢！比如说在材料科学里，它能让一些材料具有特别的性能。

这就好像是给材料穿上了一件特别的“衣服”，让它们变得与众不同。

而且啊，研究准晶就像是在探索一个神秘的宝藏。

科学家们不断地挖掘它的秘密，每次发现一点新东西，都让人兴奋不已。

这不就跟我们小时候找宝藏一样刺激吗？准晶啊准晶，你可真是个神奇的东西！你既不是完全的这个，也不是完全的那个，却有着自己独特的魅力。

难道不是吗？它让我们看到了物质世界的多样性和复杂性，也让我们对这个世界有了更深的认识。

总之，准晶就是这么一个特别的存在，它就像是物质世界里的一颗闪亮的星星，吸引着我们去探索，去发现。

所以啊，大家可千万别小瞧了它哟！原创不易，请尊重原创，谢谢!。

准晶体的结构特点
1. 准晶体的结构那可真是神奇啊！就像乐高积木搭建的奇妙城堡。

比如说，在某些准晶体中，原子的排列就好像是经过精心设计的拼图一样，有条不紊，这难道不令人惊叹吗？
2. 你知道吗？准晶体的结构特点非常独特，好比是一场独特的舞蹈排列。

想想看，彭罗斯瓷砖的那种看似不规则但又蕴含规律的美，不就类似准晶体的结构嘛，多有意思啊！
3. 准晶体的结构啊，就如同神秘的宇宙星辰排列一样让人着迷。

像是有一种准晶体，它的原子排列呈现出一种让你意想不到的对称性，哎呀，这得多神奇呀！
4. 准晶体的结构特点那可真不是一般的特别！就好像艺术家创造的奇幻画作。

比如某种准晶体，它的结构就如同梦幻的图案般绚丽，这是不是超级厉害呢？
5. 哇塞，准晶体的结构真的是别具一格啊！好比是自然界中独一无二的花朵。

举个例子，有些准晶体的结构像是用魔法打造出来的，那么独特，怎能不让人想要深入探究呢？
6. 准晶体的结构特点绝对会让你大开眼界！就如同一个超级复杂的迷宫。

像有一种准晶体，它的结构复杂得让你咋舌，你说神奇不神奇？
我觉得准晶体的结构真是充满了无尽的奥秘和魅力，让人对自然界的神奇和复杂有了更深刻的认识和惊叹。

奇趣的准晶准晶体，是一种介于晶体和非晶体之间的固体。

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。

它像是一种阿拉伯式的原子镶嵌图，华丽，迷人而又充满神秘的异域风情。

准晶的发现1982年，以色列科学家谢赫特曼用电子显微镜测定了他自己合成的一块铝锰合金的衍射图像，发现是一个正十边形的对称结构——对寻常晶体来说这是一个不可能的对称性，因为从数学上很容易证明你不可能用正十边形（或者简化到正五边形）去周期性地铺满平面。

谢赫特曼认为这是一种全新的晶体，它的特点就是只具有准周期性，也就是“准晶”。

Ilan Blech 帮谢赫特曼搞出了一个数学模型，二人这才决定发表论文，结果被APL编辑拒稿。

接下来谢赫特曼回到国家标准局，在John Cahn帮助下进一步完善了数学，然后找到一位真正的晶体学家Denis Gratias入伙，最后文章被PRL发表。

图1.但是当时只有少数科学家接受这是一种新晶体。

关键在于，谢赫特曼实验使用的是电子显微镜，而晶体学界的标准实验工具是更为精确的X射线，他们不太信任电子显微镜的结果。

不能用X射线的原因是生长出来的晶体太小。

一直到1987年终于有人生长出来足够大的准晶体，用X射线拍摄了更好的图像，科学家中的“主流”才接受了准晶的发现。

五次旋转对称性经典晶体学中，无论是14种布拉菲点阵还是230种空间群，均不不允许有五次对称，因为五次对称会破坏空间点阵的平移对称性，即不可能用五边形布满二维平面，也不可能用二十面体填满三维空间。

而准晶的发现颠覆了这种观念，准晶的特点之一就是五次对称性。

其实，矿石界的蛋白石，有机化学中的硼环化合物，生物学中的病毒，都显示出五次对称特征，而数学家们早已为准晶做好了理论铺垫，1974年，英国人彭罗斯（Roger Penrose）便在前人工作基础上提出了一种以两种四边形的拼图铺满平面的解决方案，如图2。

对于Shechtman的准晶体衍射图案和彭罗斯的拼图来说，都有一个迷人的性质，就是在它们的形态中隐藏着美妙的数学常数τ，亦即黄金分割数1.618……。