粗晶，准晶，纳米晶，非晶，液晶概述.doc

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1、1.准晶1.1准晶的结构理想的准晶体是由两种以上有“原胞”在空间无限地重复构成的，这些“原胞”的排列具有长程的准周期平移序和长程指向序。准晶是具有准周期平移格子构造的固体，其中的原子常呈定向有序排列，但不作周期性平移重复，其对称要素包含与晶体空间格子不相容的对称（如5次对称轴）。概括地说准晶是同时具有长程准周期平移性和非晶体学旋转对称性的固态有序相。准周期性和非晶体学对称性构成了准晶结构的核心特征。准晶的结构既不同于晶体、也不同于非晶态。准晶结构有多种形式，就目前所知可分成下列几种类型：a．一维准晶   这类准晶相常发生于二十面体相或十面体相与结晶相之间发生相互转变的中间

2、状态，故属亚稳状态。但在al65cu20fe10mn5的充分退火样品中也发现一维准晶相，此时应属稳定态了，它沿着10次对称轴呈六层地周期性、而垂直于此轴则呈八层周期b．二维准晶它们是由准周期有序的原子层周期地堆垛而构成的，是将准晶态和晶态的结构特征结合在一起。c．二十面体准晶a类二十面体多数是铝一过渡族元素化合物，而b族极少含有过渡族元素1.2准晶的特点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。直至20世纪80年代，人们把固体材料分为两大类，一类是晶体，其中原子作规则排列；另一类是非晶体，原子混乱排列。德国科学家在1

3、850年就总结出晶体的平移周期性，即晶体中原子的三维周期排列方式可以概括为14种空间点阵。受这种平移对称约束、晶体的旋转对称只能有1、2、3、4、6等5种旋转铀。这种限制就像生活中不能用正五角形拼块铺满地面一样，晶体中原子排列是不允许出现5次或6次以上的旋转对称性的。1984年中国、美国、法国和以色列等国家的学者几乎同时在淬冷合金中发现了存在有5次对称轴，确证这些合金相是具有长程定向有序，而没有周期平移有序的一种封闭的正20面体相，并称之为准晶体。以后又陆续发现了具有8次、10次、12次对称的准晶结构。目前在自然界中还没有发现准晶体。5次对称性和准晶的发现对传统晶体学产生

4、了强烈的冲击，它为物质微观结构的研究增添了新的内容，为新材料的发展开拓了新的领域。1.3准晶的性能到目前为止，人们尚难以制成大块的准晶态材料，最大的也只是几个毫米直径，故对准晶的研究多集中在其结构方面，对性能的研究测试甚少报道。但从已获得的准晶都很脆的特点，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，这方面或许有可利用之处，尚待进一步研究。低摩擦系数、高硬度、低表面能以及低传热性准晶体材料的组分是金属，但它不具有金属的导电性和导热性，而是具有类似玻璃的导电性和导热性，即具有低电导率且电导率随温度升高而增加，较高的Seebeck系数和很低的热导率等与同

5、类金属晶体合金很不相同的性质。1.4准晶的应用准晶和超导体一起被列为80年代凝聚态物理的两大进展，经过十余年的研究，人们已经基本了解了该材料的结构、制备与性能，初步认识到其应用潜力，如法国学者研制出准晶不粘锅，近期的研究成果又揭示出准晶作为隔热、储氢和吸收太阳能材料的前景。关于准晶制备，除了急冷外，目前还开展了用真空镀膜、离子注入、激光处理、电子轰击、电镀等方法制备准晶膜的研究。2.粗晶2.1粗晶的结构材料的基本组成是晶粒，一般来说，晶粒越细，材料的强度，韧性越高，以钢举例，内部奥氏体有晶粒度分级，数字越大，晶粒越细，1-3级为粗晶粒，4-6级为中等，7-8级为细晶粒，所

6、以粗晶材料是指内部晶粒较大的材料，其强度韧性相对较低。2.2粗晶的特点表现为晶粒粗大，力学性能较差，实际中应尽量避免其产生，因为它在奥氏体中有很强的遗传性。2.3粗晶的性能因为粗晶内部晶粒较大，所以其韧性相对较低，脆性较大，硬度较大，强度相对较低。2.4粗晶的应用粗晶环，粗晶探伤探头，粗晶硬质合金。3.纳米晶3.1纳米晶的结构纳米晶材料（纳米结构材料）的概念最早是由h.gleiter出的，这类固体是由（至少在一个方向上）尺寸为几个纳米的结构单元（主要是晶体）所构成。纳米晶材料的二维硬球模型，不同取向的纳米尺度小晶粒由晶界联结在一起，由于晶粒极微小，晶界所占的比例就相应的增

7、大。纳米晶材料是一种非平衡态的结构，其中存在大量的晶体缺陷。3.2纳米晶的特点霍尔—佩奇(hall-petch)公式指出了多晶体材料的强度与其晶粒尺寸之间的关系，晶粒越细小则强度越高。但通常的材料制备方法至多只能获得细小到微米级的晶粒，霍尔—佩奇公式的验证也只是到此范围。如果晶粒更为微小时，材料的性能将如何变化？制得这种超细晶材料，是一个留待解决的问题。自20世纪80年代以来，随着材料制备新技术的发展，人们开始研制出晶粒尺寸为纳米（nm）级的材料，并发现这类材料不仅强度更高（但不符合霍尔一佩奇公式），其结构和各种性能都具有特殊