粗晶，准晶，纳米晶，非晶，液晶概述.docVIP

?? 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。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。 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。 低摩擦系数、高硬度、低表面能以及低传热性，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。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。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性，引起了极大的兴趣和关注。纳米晶材料（或称纳米结构材料）已成为国际上发展新材料领域中的一个重要内容，并在材料科学和凝聚态物理学科中引出了新的研究方向——纳米材料学。 3.3纳米晶的性能 纳米晶材料的力学性能远高于其通常多晶状态，纳米晶材料的晶界区域在应力作用下会发生弛豫过程而使材料强度下降；再者，强度的提高不能超过晶体的理论强度，晶粒变细使强度提高应受此限制。纳米晶微粒之间能产生量子输运的隧道效应、电荷转移和界面原子耦合等作用，故纳米材料的物理性能也异常于通常材料。纳米半导体材料却具有高的电导率。纳米晶材料的磁性也不同于通常多晶材料，纳米铁磁材料具有低的饱和磁化强度、高的磁化率和低的矫顽力，纳米材料的其他性能，如超导临界温度和临界电流的提高、特殊的光学性质、触媒催化作用等也是引人注目的 3.4纳米晶的应用 被证明可以用在多种应用环境当中，包括以离子交换或者以树脂软化为原理的所有软水机的应用环境。完全免维护的特性使它可以用在食品加工或者商业环境这样的——设备在人们视线