第三章-准晶结构与材料性能ppt课件.ppt

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1、准晶聚合物（quasicrystallinepolymer）结构使得新一代基于光的通信技术成为可能目前，在光子电路中，光不能进行锐角的转折，准晶点阵技术可使光在电路中传播时产生锐角转折，这将推动高速通信和计算设备的发展。普林斯顿大学的研究人员已经发现了制造准晶聚合物结构的方法，代表了光子学潜在的重大进步。此结构能够控制光的传播，使得光子通信系统成为可能。准晶：20世纪80年代晶体学研究中的一次突破郭可信（1923-2006）中国科学院院士1984/85年：发现五重旋转和Ti-V-Ni二十面体准晶

2、；1987年国家自然科学一等奖；1987年：首先发现八重旋转对称准晶；1988年：首先发现稳定的Al-Cu-Co十重旋转对称准晶及一维准晶；1997-2000年：获得准晶覆盖理论的实验证据。《准晶研究》《电子衍射图在晶体学中的应用》《高分辨电子显微学》准晶第三章一、准晶及分类二、准晶结构模型三、准晶的形成四、准晶的性能五、准晶材料的应用第三章准晶材料准晶：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。直至20世纪80年代

3、，人们把固体材料分为两大类：晶体，非晶体。德国科学家在1850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。第三章准晶材料准晶体发现：20世纪80年代晶体学研究中的一次突破。84年底，D.Shechtman等人，在急冷凝固AlMn合金中发现具有五重旋转对称但并无无平移周期性的合金相。

4、准晶体（Quasicrystal）—无平移同期性但有位置序的晶体。郭可信等在对高温合金中的四面体密堆合金相的高分辨电子显微镜观察到：84年夏发现五重旋转对称的电子衍射图，85年初在Ti2Ni合金中发现了二十面体准晶。85年以来先后发现了八次、十次对称准晶以及一维和立方准晶。二维图形密排高分辨像和电子衍射图表明：不同于常规晶态材料，是一种新型结构。有人提出：5次对称轴电子衍射图是由高次孪晶产生的。大量实验证明，5次轴一种新型结构的特征；而且在一些材料中还观察到8、10、12次轴等经典晶体学中不出现

5、的高次轴。从掠射角度看这张高分辨像时，相邻面之间的距离不是周期性的，面之间的平均距离与黄金分割τ有关。不同于非晶态材料和传统晶态材料，——准晶。Al2O3非晶态材料：长程无序、短程有序结构。晶态材料：长程有序结构。存在1，2，3，4和6次旋转轴和倒转轴。按照经典晶体学原理，晶体中不可能存在5次轴及高于6次的对称轴。准晶：不具有平移对称性，却具有旋转对称性的新型结构材料。5、8、10、12…次对称轴石墨玻璃准晶材料的研究意义1、对传统晶体学的补充和发展2、在固体物理学及材料科学中具有重要意义3、开

6、拓了矿物晶体结构研究的新领域第一节准晶分类准晶的分类方法较多：•准晶原子排列准周期性（准晶准周期维数）•准晶热力学稳定性•准晶旋转对称轴次•构成准晶合金的合金系等一、准晶准周期维数分类（1）三维准晶（最多）原子结构在三维空间场作准周期排列。三维准晶主要为二十面体型，包含6个5次对称轴、10个3次对称轴和15个2次对称轴。（2）二维准晶原子结构是在主轴方向上呈周期性平移对称，而在与该主轴正交的平面上呈准周期排列。二维准晶包括8次、10次和12次旋转对称准晶。（3）一维准晶原子结构是具有周期性平移对

7、称的二维晶层在其法线方向上呈准周期堆垛。二、准晶热力学稳定性分类（1）亚稳准晶——快速凝固法制备以热力学亚稳态存在，温度升高时，系统自由能降低到最小值，发生晶化转变。晶化温度和晶化激活能越高，准晶的稳定性也越高。（2）稳定准晶——常规铸造及固态热处理以热力学稳定态存在，在较高温度能稳定存在。最早提出准晶热力学稳定存在问题的是Widom等。87年Tsai等在实验中观察到相当完整的稳定准晶，证实了准晶的确能以稳定相存在。晶体：平行六面体作为结构基胞，用这个平行六面体可以布满整个空间，晶体的阵点构成有

8、规则的三维周期点阵，晶体具有平移对称性。单晶的电子衍射图为斑点衍射图，衍射斑点分布在平行四边形网络格点上。非晶：长程无序结构，电子衍射图：弥散的晕环。准晶电子衍射图：斑点衍射图，衍射斑点分布规律有规律，可能存在基本结构单元。准晶的结构模型认为，准晶由一定的结构单元，以一定方式连接而成；结构单元的连接，要使整个结构具有准周期性，又要填满整个空间。第二节准晶结构模型一、一维准晶模型费波纳斯(Fibonacci)链描述一维准周期序几何和准晶结构特点。在正方形网格中任选一正方形，通过正方形上两个相对的格