准晶体,介于晶体与非晶体之间的神秘物质
在材料科学和凝聚态物理学领域,准晶体是一种既有趣又神秘的物质。准晶体究竟是不是晶体?它又具有哪些独特的性质和结构呢?我们将从多个角度深入探讨这个问题。
准晶体是一种介于晶体和非晶体之间的物质,它具有一定的有序性,但不像晶体那样具有完全的周期性。准晶体的结构具有一定的规则性,但存在着一些不规则的排列。这种特殊的结构使得准晶体在某些方面表现出与普通晶体不同的特性。
1984年,以色列科学家谢赫特曼在研究金属铝和镁的合金时,意外发现了准晶体的存在。这一发现打破了传统的晶体学观念,即所有固体物质都必须具有周期性结构。准晶体的发现对于材料科学和凝聚态物理学具有重要意义,为科学家们提供了新的研究视角。
准晶体的结构具有一定的规则性,但存在着一些不规则的排列。这种结构使得准晶体具有一些特殊的对称性,例如五次对称性或十次对称性。以谢赫特曼发现的准晶体为例,它具有十次对称性,电子衍射照片在旋转36°后才能使旋转前后的照片上的衍射斑重合。
准晶体的形成条件相对苛刻,通常需要特定的化学成分和制备方法。在合金中,当两组元A、形成合金时,除了形成保持原溶剂晶体结构的固溶体外,还可能形成晶体结构、性能与A、两组元都不相同的新相,即中间相。中间相既可以是化合物,也可以是以化合物为基底的固溶体。
电负性、电子浓度、原子尺寸等因素都会影响中间相的形成。若溶质与溶剂的晶体结构不同,则只能形成有限固溶体或不能形成固溶体。例如,若溶质与溶剂原子(离子)的电负性相近,则化学亲和力小,有利于形成固溶体,不易于形成化合物。
晶体的结合能是指一块晶体处于稳定状态时,它的总能量(动能和势能)比组成此晶体的N个原子在自由状态时的总能量低,两者之差就是晶体的结合能。电离能是指一个中性原子失去一个电子所需要的能量。准晶体的结合能和电离能也是研究其性质的重要指标。
随着研究的深入,准晶体在材料科学、凝聚态物理学以及相关领域展现出巨大的应用潜力。例如,准晶体可能被用于开发新型纳米材料、高性能合金以及新型电子器件等。
准晶体是一种介于晶体和非晶体之间的特殊物质,它具有独特的结构、性质和应用前景。随着科学研究的不断深入,准晶体将为人类带来更多惊喜。