准晶简介

准晶体的概念
准晶体（quasicrystal）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。

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。

因而可以具有晶体所不允许的宏观对称性。

准晶体的发现，是20世纪80年代晶体学研究中的一次突破。

”然而，1987年，法国和日本科学家成功地在实验室中制造出了准晶体结构;2009年，科学家们在俄罗斯东部哈泰尔卡湖获取的矿物样本中发现了天然准晶体的“芳踪”，这种名为icosahedrite(取自正二十面体)的新矿物质由铝、铜和铁组成；瑞典一家公司也在一种耐用性最强的钢中发现了准晶体，这种钢被用于剃须刀片和眼科手术用的手术针中。

质疑和嘲笑声包括著名化学家、两届诺贝尔奖得主莱纳斯·鲍林在内的一些化学界权威纷纷质疑谢赫特曼的发现。

即便如此，谢赫特曼也并未动摇自己的信念。

在1984年夏，他们向《应用物理杂志(Journal of AppliedPhysics)》投了一篇稿件，可是，立即遭到了编辑的拒绝，稿件被退了回来。

晶体的定义应当是晶体是内部质点在3维空间呈周期性重复排列的固体或者说晶体是具有周期平移格子构造的固体。

准晶体的定义应当是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三维准晶、二维准晶和一维准晶指立体，平面、线条。

准周期性：一些事物运动的规律性不是很强,例如经济的运行,周期就有长有短,像这种不固定的周期就称准周期,以区别于上述意义上的周期.准,本来就是相近相似的意思.所以准周期就是近似意义上的周期。

二十面体准晶因具有磁各向异性而降低了磁导率纳米畴就是具有纳米结构的晶体，它的边界叫畴。

Laves相的晶体结构有三种类型：①MgCu2型属立方晶系，②MgZn2型属六方晶系，③MgNi2属六方晶系晶体的各向异性即沿晶格的不同方向，原子排列的周期性和疏密程度不尽相同，由此导致晶体在不同方向的物理化学特性也不同，这就是晶体的各向异性。

毫米级大块准晶难以制备的原因：生成过程包括成核和长大两个过程。

一般是通过极冷淬火，准晶物质通常是伴随过饱和固溶体和其它金属间化合物一起形成的。

准晶体形成过程虽然还不太楚,但大致可以有以下种基本情况，气体-准晶体，溶体、熔体-准晶体，晶体-准晶体，玻璃-准晶体。

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）。

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……。

准晶体的发现及意义提要：准晶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。

1982年准晶体的发现，给晶体学界带来了巨大的冲击，此后的数十年里，人们对于准晶体的探索从未停止，2009年，自然界发现天然准晶体化合物，时至今日，准晶体的原子排列组成与结构规律尚未被完全解析。

正文：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。

物质的构成由其原子排列特点而定[1]。

以色列科学家丹尼尔-谢赫特曼（Daniel Shechtman）因发现准晶体而一人独享了2011年诺贝尔化学奖：2011年，70岁的谢赫特曼将获得1000万瑞典克朗(约合140万美元)的奖金，他发现了准晶体，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”。

准晶体的结构在20世纪之前就已经被建筑师熟知，例如在伊朗伊斯法罕的清真寺，上面瓷砖的图案就是按照准晶样式排列。

1961年，数学家王浩提出了用不同形状的拼图铺满平面的拼图问题。

数学家们已经知道，可以用单一形状的拼图拼满一个平面，例如任意形状的四边形或者正六边形，但是当增加拼图单元的种类时，就能够构造出更多的拼满一个平面的方法。

两年后，王浩的学生Robert Berger构造了一系列不具有周期性的拼图方法。

之后铺满平面所需要的拼图种类越来越少，1976年Roger Penrose构造了一系列只需要两种拼图的方法，这种方法拼出来的图案具有五次对称性。

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。

准晶什么是准晶？准晶（Quasicrystal）是一种特殊的晶体结构，不同于常见的周期性晶体。

它以自我复制的方式组成，具有类似于晶体的长程有序性，同时又有类似于非晶体的无规则性。

准晶的发现引起了科学界的广泛关注和研究，对固体物理学和材料科学有着重要的意义。

准晶最早由以色列科学家丹·舍帕斯于1982年发现。

他发现了一种由铝、锰和金属硅组成的合金，其X射线衍射图谱显示出非常奇特的衍射斑点图案。

这种图案既不是晶体的经典单一斑点，也不是非晶体的连续衍射环，而是由固定的五角星图案组成。

这一发现颠覆了当时对晶体结构的认识，开启了准晶研究的新篇章。

准晶的结构特点准晶的结构特点可以用“离子包络模型”来描述。

这个模型假设准晶中的原子排列类似于离子包络，由环绕原子球组成。

准晶的结构可以通过一组向量来描述，这组向量被称为“母基矢”。

准晶的母基矢不是简单的周期性晶体的矢量，而是具有非周期性和非整数的关系。

这种非晶体的特性使准晶的结构具有五角星、八角星等非传统形状的对称性。

准晶的结构还具有“五重旋转对称性”，即它的结构在沿着某个固定轴旋转180度时仍保持不变。

准晶的应用准晶的独特结构特点使其具有一些特殊的物理性质和应用价值。

首先，准晶具有低摩擦系数和低热导率的特点，使其在润滑材料和热障涂层等领域有着广泛的应用。

其次，准晶还具有高硬度和高强度的特点，与金属和陶瓷相比具有更好的机械性能。

因此，准晶在材料加工、汽车制造和航空航天等领域的应用也越来越广泛。

此外，准晶还具有优异的电学和光学性能，使其在电子器件和光学器件等领域具有潜在的应用前景。

准晶在导电性能、光学透明度和磁学性能方面都具有特殊的优势，因此对其的研究和应用也成为当前热门的科研领域之一。

准晶的未来对准晶的研究还处于相对初级的阶段，很多问题仍然待解决。

当前的研究重点主要集中在准晶的合成方法、结构与性质之间的关系以及准晶的制备工艺等方面。

随着科学技术的不断进步，相信对准晶的认识会进一步深化，其潜在的应用领域也将继续扩展。

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。

准晶的数学准晶是一种介于晶体和非晶体之间的物质结构。

它既具备晶体的长程有序性，又具备非晶体的无定形性。

准晶的数学研究是基于对准晶的几何结构和对称性的分析和描述。

通过数学的方法，我们可以深入了解准晶的特性和性质。

在准晶的数学研究中，最基本的概念是准晶的点阵。

准晶的点阵是由一组特定的点组成的，这些点具有一定的周期性和对称性。

通过对准晶的点阵进行分析，可以得到准晶的空间群、点群和对称元素等信息。

准晶的空间群是指准晶的点阵在空间中的重复方式，而点群则是指准晶的点阵在平面上的重复方式。

准晶的对称元素是指准晶中具有特定对称性的元素，例如旋转轴、镜面反射面等。

准晶的数学研究还包括对准晶的拓扑结构的分析。

准晶的拓扑结构是指准晶中的原子或分子之间的连接方式。

通过对准晶的拓扑结构进行研究，可以揭示准晶的物理性质和化学性质。

准晶的拓扑结构可以用图论的方法进行描述，其中图的节点表示原子或分子，图的边表示原子或分子之间的相互作用。

准晶的数学研究还涉及到准晶的能带结构和电子结构的计算。

准晶的能带结构是指准晶中电子能量与动量的关系。

通过计算准晶的能带结构，可以得到准晶的导电性和光学性质等信息。

准晶的电子结构是指准晶中电子的分布和运动方式。

通过计算准晶的电子结构，可以揭示准晶的电子行为和电子密度等信息。

准晶的数学研究还包括对准晶的晶体学和拓扑学的应用。

准晶的晶体学是指准晶的晶体学性质和晶体学参数的研究。

通过对准晶的晶体学进行研究，可以得到准晶的晶胞参数、晶体学群和晶体学指数等信息。

准晶的拓扑学是指准晶的拓扑性质和拓扑不变量的研究。

通过对准晶的拓扑学进行研究，可以揭示准晶的拓扑相变和拓扑相变点等信息。

准晶的数学研究是对准晶的几何结构和对称性的分析和描述。

通过数学的方法，我们可以深入了解准晶的特性和性质，揭示准晶的物理性质和化学性质，计算准晶的能带结构和电子结构，研究准晶的晶体学和拓扑学的应用。

准晶的数学研究在材料科学、凝聚态物理和化学等领域具有重要的应用价值，对于推动科学技术的发展具有重要意义。

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。