对准晶体的认识固体物理学小论文_精品文档Word下载.doc

1、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

2、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

3、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。所以在这一意义上说一切晶体、准晶体无一例外地都是对称的只是对称组合规律不同准晶体性质的对称与其对称型有关，准晶体对称性较晶体高一些。1.2.4 准晶体的自限性 自限性指晶体与准晶体都能自发地形成封闭的几何多面体外形的特性。实际晶体、准晶体往往并不表现几何多面体的外形这是由于生长时受到空间限制所造成的如果让不具规则外形的微粒继续自由成长它们还是

4、可以自发地成长为几何多面体外形的。晶体生长时遵循布拉维法则和面角守恒定律准晶体也有这一特性在已发现的一些准晶中已证实了这一性质。2 准晶体的性能2.1 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。2.2 导电性 高的电阻率是准晶性能的显著特点之一。准晶的电阻率对结构的完整性十分敏感，准晶结构越完整电阻率越高，由此也充分说明高电阻率是准晶固有的特性。此外准晶的电阻率具有负的温度系数，即电阻率随温度的升高而下降。2.3 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

5、在准晶表面富集进而形成一层致密的32OAl 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。3 准晶体材料的应用 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

6、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。3.1 不粘锅涂层 准晶涂层导热性差，在升温的初期涂层犹如一层绝热层，使底部积聚的热量均匀地扩散至整个表面而不会产生局部过热，烹饪结束又能使热量在锅中均匀地保持一段时间，完全符合食品烹饪要求。所以，准晶涂层不粘锅的出现，显示了取代传统的耐磨性差、使用寿命短的聚四氟乙烯涂层不粘锅的趋势。3.2 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

7、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。3.3 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。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。这些理论和实验的结果使人们对准晶制作太阳能选择吸收装置产生了极大的兴趣。 4 结语 本文从准晶体的基本特征、性能、应用三个角度对准晶体进行了介绍。准晶体作为一种神秘而新奇的材料，它的发现是一个划时代的发现，对于各个科学领域以及我

8、们的日常生活都产生了很大的影响。它因其奇异特性改变了我们生活的很多方面，作为21世纪新一代大学生的我们，应该努力学习专业知识，认真钻研准晶体以开发出更多惠及世界的功用。参考文献：1 张利明，董闯 准晶材料性能及应用研究现状J. 材料导报，2000（1） : 22- 24. 2 陈青，刘志敏. 准晶体的研究进展. Chinese Journal of Analy- tical Chemistry20048: 1104-1109. 3 武洁，冯芳. 准晶体的发展历程. 准晶体进展200428300-304.4 任其龙，苏宝根，黄梅等. 准晶体的进展J.结构化学200028（6）: 772-776.

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