§6-8-非晶态和准晶态-(2).ppt

二、准晶态简介 * * §6-8 非晶态和准晶态 一、非晶态固体及其应用 组成晶体的粒子在宏观尺度上规则排列的周期性，就称为长程有序性。非晶态固体与晶态固体相比，结构上的最本质的差别是不存在长程有序性。 在非晶态固体中，原子位置的空间分布并不是无规则的，而是存在一种局域关联性，反映了相邻原子之间，在短距离内受到物理的和化学的成键相互作用的约束。原子局域关联性的存在决定了在非晶态固体中存在着极为明显的短程有序性。短程有序性，就是在原子周围小区域内原子排列的规则性。 非晶态固体与人们的生活密有切联系： 玻璃和各种玻璃制品，已经成了各种现代建筑和交通工具不可替代的结构材料；Si-Ge玻璃制成的高纯度和高均匀性的玻璃纤维大量用于光纤通讯。 应用最普遍的非晶态固体是有机聚合物，包括有机玻璃、各种塑料和合成纤维等，已经深入到几乎所有的技术领域和人们的日常生活之中。不仅用于制作形形色色的日用品，也是重要的结构材料，而且还有许多特殊的用途。 还有富Te和Ge-Te半导体玻璃以及软磁非晶态合金（铁磁玻璃）等材料。 若将晶体绕某固定轴旋转一定角度?=2??n后，仍能自身重合，则该晶体具有n次旋转对称性。同时，晶体还具有平移周期性，将该晶体的基元?晶胞一个挨一个排列起来，可以充满整个晶体，中间不会留下任何空隙。为了满足平移周期性，旋转对称性就要受到很大的限制，理论可以证明，n只能为2、3、4和6。 前面所说的十四种布喇菲晶胞就是同时满足这两种特性的晶体基元。譬如，在用一种相同形状的地砖铺地时，地砖形状可以是平行四边形（n=2）、正三角形（n=3）、正方形（n=4）或正六角形（n=6），将它们一个挨一个地排列，必定铺满地面，中间是不会留下任何空隙的。 但是，如果采用除了这四种形状以外的其它形状的地砖，例如，正五角形（n = 5）地砖，地面各处必定会留下一些空隙的。 如果还想继续把地面铺好，就必须另外再选一种或多种其它形状的地砖，才能把空隙填补起来。这就说明了，5次和大于6次以上的旋转对称性与平移周期性是不相容的。所以，在已有的固体物理概念中，晶体不存在5次和大于6次以上的旋转对称性。 1984年谢赫特曼（D.Shechtman）在快速冷却的铝锰合金中发现了一种新相，其电子衍射斑点的分布具有明显的5次旋转对称性。我国科学家郭可信等人在钛钒镍合金和铬镍硅合金中分别发现了5次旋转对称性和8次旋转对称性，还观测到了12次旋转对称性。这一系列发现极大地震动了固体物理学领域，打破了一百多年来已经形成的晶体学概念。谢赫特曼也因此获得了2011年诺贝尔化学奖。 这种5次和大于6次以上的旋转对称性的结构，不具有完全的平移周期性，人们把它叫作准周期性，而把具有准周期性结构的晶体叫作准晶体，简称准晶。准晶的发现为固体物理的研究开辟了新的领域，推动了固体物理理论的发展。 丹尼尔·舍特曼（Dan Shechtman）1941年出生于特拉维夫的以色列材料科学家，任以色列理工学院菲利普托比亚斯材料科学教授、美国能源部能源埃姆斯实验室助理、艾奥瓦州立大学材料科学教授。1982年发现二十面体相，开辟了准晶体研究的新领域。2011年获得诺贝尔化学奖。 * * *