对准晶体的认识

对准晶体的认识*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11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。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21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在准晶表面富集 进而形成一层致密的32OA1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. 4-08nm、1. 9-26nm和5. 8-86nm。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。33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- ticalChemistry 20048: 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):772-776.5 YingL, AlainB，CliffordR, et al. Supercr iti cal fluid chroma to graphychiral separations with macrocyclic glycopeptide stationary phasesJ. J Chromatogr A 2002978: 185-204.6 Lou X Sheng Y Zhou L. Investigation of parameters in theseparation of amino acid enantiomers by supercritical fluid chromatographyJ. J Chromatogr A 1990514: 253-257.7 Arnd t E, Paul K O Lars K, et al. Applica tion of molecularly impri nted polymers in supercr iti cal fluid chroma to graphyJ . J Chr oma togr A , 2000, 897: 317-327.