准晶体之由来
“准晶体”(quasicrystal)是“准周期晶体”(quasiperiodic crystal)之习用的简称;在中文中还有进一步简称其为“准晶”的。它是由谢特曼(D.Shechtman)等以、美、法学者共同在急冷的Al-Mn合金中首先发现，并于1984年10月9日率先报道的“一种具有长程取向有序而无平移对称的金属相”。其选区电子衍射花样呈明锐而规则的5次对称分布，整体具有正三角二十面体之 (即6L510L315L215PC)的对称性，并因而也被称为“二十面体相”(icosahedral phase)。翌年春，我国学者张泽等也报道了基于独立的工作而在Ti-V-Ni合金中所发现的“一种具有 对称的新的二十面体相”。在准晶体发现之前，结晶学界的共识是:晶体是具有长程周期性三维平移有序的一类客体，因此，只有晶体才能使X射线或中子、电子束流产生明锐的衍射线，并构成规则分布的衍射花样;同时，晶体中不可能存在5次或高于6次的对称轴。正是基于这样的共识，因而当有关准晶体的报导一面世，便引起了学术界的震惊。有人称这意味着“结晶学定律的瓦解”;有人则认为准晶体所表现的5次对称乃是由五连晶等规则连生晶体引起的假象;也有权威学者认为所谓的准晶体是“Nonsense”。不过，对实验结果的进一步检验确切地排除了连生晶体的可能性;而按正三角二十面体之5次对称的结构模型计算所得出的衍射花样，无论斑点位置还是强度都与实验结果很好地吻合，从而证实了准晶体实际存在的确凿性。且仅在其后的5年中，就有多个国家的学者在不同成分的金属间化合物内先后又发现了近50种新的二十面体相;同时还发现了30多种其结构内只在某二维平面方向上具有长程取向有序但无平移有序，而在第三维方向上则具有长程平移有序的二维准晶体，且垂直该二维准晶平面还具有违反晶体对称定律之8次或是10次、12次对称轴，并因而分别称相应的二维准晶体为八边形相(octagonal phase)、十边形相(decagonal phase)和十二边形相(dodecagonal phase);此外还发现了6种一维准晶体，即具有二维长程平移有序而第三维以数学上所谓的斐波纳契序列排列的结构，故亦称之为斐波纳契相(Fibonacci phase)。准晶体的实际存在完全证明了这并非是Nonsense，但结晶学定律也并未因此而瓦解，相反，却使结晶学的领域变得更为广阔，内涵也更为丰富而深入。这一点从以下的事例中就可见一斑:1991年国际结晶学联合会执委会批准建立了非周期晶体委员会，以取代原先的调制结构、多型和准晶体临时委员会;执委会在其报告中还特别指明:他们所说的“晶体”(crystal)是指“在本质上具有分立之衍射斑(指衍射斑本身之边界明锐而各衍射斑间相互不连)图谱的任何固体”;而“非周期晶体”(aperiodic crystal)则是指“可以认为其不存在三维格子周期性的任何晶体”。显然，国际结晶学联合会的这一举措是一个信号，它反映出由于准晶体的发现以及对其深入研究的结果，使人们有必要从准周期性(详见10.3节)的视角来重新审视原先已知存在于晶体结构中的调制结构(modulated structure)、多型(polytype)、无公度错合或复合晶体(incommensurate misfit or composite crystal)等多种现象，并且将它们和准晶体一起纳入到一个新的、更广阔的“非周期晶体”的领域内，来进行更深入的全面研究。但是在此同时还应加以注意的是，上述由非周期晶体委员会所提出的“晶体”含义中包括了准晶体等所有非周期晶体全都在内，这完全不同于延续已达数百年之久的既有晶体的概念。然而，在既有的“晶体”(crystal)该术语并未被废弃的情况下，这一名词却被赋予了完全不同的内涵，这不可避免地会导致混淆，并实际上已经造成了混乱。这是读者应予特别注意的。迄今已知的准晶体都是金属间化合物，这是由其内因决定的(参见10.4节);而当年有多国学者各自独立地先后都发现了准晶体，亦非出于偶然，而是因为航天等技术的发展亟须具有特定之高端性能(例如更轻、更强、更耐高温)的新型材料所使然。准晶体就是在采用非传统技术研制新合金材料时发现的，它既有重要的科学意义，也有重大的实际价值。
准晶体的基本概念
准晶体 ( quasicrystal) 是于 1984 年首次发现的一种新型的凝聚态物体。它与晶体和非晶质体均呈固态，但其内部原子的分布既无晶体那样的长程周期性平移有序，又不像非晶质体那样呈长程无序，而是一种仅有长程取向有序的固体，且具有为晶体所不可能有的对称性。在此所谓的取向有序 ( orientational order) 是指: 在物体内部结构中，由原子间的键联所构成的各个键角既有相互的关联性，同时还有固定的取向性。详见 10. 3 节。
什么是准晶体
分类: 教育/科学 >> 科学技术 >> 工程技术科学
解析:
准晶体（quasicrystal）
准晶体是1928年发现的，具有凸多面体规则外形的，但不同于晶体的固态物质，它们具有晶体物质不具有的五重轴。如图给出的含钬－镁－锌三种金属的准晶体的正十二面体外型。已知的准晶体都是金属互化物。2000年以前发现的所有几百种准晶体中至少含有3种金属，如Al65Cu23Fe12，Al70Pd21Mn9等。但最近发现仅2种金属也可形成准晶体，如Cd57Yb10〔Nature,2000,408:537〕。有关准晶体的组成与结构的规律仍在研究之中。有关组成问题值得重视的事实如：组成为Al70Pd21Mn9的是准晶体而组成的Al60Pd25Mn15却是晶体。有关结构问题，人们普遍认为，准晶体存在偏离了晶体的三维周期性结构，因为单调的周期性结构不可能出现五重轴，但准晶体的结构仍有规律，不像非晶态物质那样的近距无序，仍是某种近距有序结构。尽管有关准晶体的组成与结构规律尚未完全阐明，它的发现在理论上已对经典晶体学产生很大冲击，以致国际晶体学联合会最近建议把晶体定义为衍射图谱呈现明确图案的固体（any solid having an essentially discrete diffraction diagram）来代替原先的微观空间呈现周期性结构的定义。在实际上，准晶体已被开发为有用的材料。例如，人们发现组成为铝－铜－铁－铬的准晶体具有低摩擦系数、高硬度、低表面能以及低传热性，正被开发为炒菜锅的镀层；Al65Cu23Fe12十分耐磨，被开发为高温电弧喷嘴的镀层。
准晶体和晶体的区别
准晶体（quasicrystal）与晶体都是由原子或分子有序排列而形成的固体材料。但是，准晶体和晶体之间存在一些显著的区别：1.原子排列方式不同：准晶体的原子排列方式不同于晶体的排列方式，准晶体的原子排列方式呈现出长宽比不同的多边形结构，而晶体的原子排列方式呈现出周期性的规则结构。2.对称性不同：晶体具有平移对称性，其结构在三个正交方向上的周期性相同。而准晶体的对称性较低，其结构在某些方向上的周期性有所变化，例如五边形对称性。3.原胞形状不同：晶体的基本重复单元为原胞，通常为几何常见的形状，例如立方体、四面体等。而准晶体的原胞形状则较为复杂，通常为多面体或棱柱形。4.物理性质不同：由于准晶体的结构形态较为复杂，其物理性质也与晶体不同。例如，准晶体具有更好的热导率和低热膨胀系数，但相对脆性较大，难以制备成大单晶。总之，准晶体与晶体之间存在一定的差异，不同的结构形态也导致这两种材料具有不同的物理性质和应用范围。
