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《晶,多晶,非晶,微晶,無定形,準(zhǔn)晶的區(qū)別》由會(huì)員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、晶,多晶,非晶,微晶,無定形,準(zhǔn)晶的區(qū)別要理解這幾個(gè)概念,首先要理解晶體概念,以及晶粒概念。我想學(xué)固體物理的或者金屬材料的都會(huì)對(duì)這些概念很清楚!自然界中物質(zhì)的存在狀態(tài)有三種:氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)固體又可分為兩種存在形式:晶體和非晶體晶體是經(jīng)過結(jié)晶過程而形成的具有規(guī)則的幾何外形的固體;晶體中原子或分子在空間按一定規(guī)律周期性重復(fù)的排列。晶體共同特點(diǎn):均勻性:晶體內(nèi)部各個(gè)部分的宏觀性質(zhì)是相同的。各向異性:晶體種不同的方向上具有不同的物理性質(zhì)。固定熔點(diǎn):晶體具有周期性結(jié)構(gòu),熔化時(shí),各部分需要同樣的溫度。規(guī)則外形:理想環(huán)境中生長(zhǎng)的晶體應(yīng)為凸多邊形
2、。對(duì)稱性:晶體的理想外形和晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)都具有特定的對(duì)稱性。對(duì)晶體的研究,固體物理學(xué)家從成健角度分為:離子晶體原子晶體分子晶體金屬晶體顯微學(xué)則從空間幾何上來分,有七大晶系,十四種布拉菲點(diǎn)陣,230種空間群,用拓?fù)鋵W(xué),群論知識(shí)去研究理解??蓞⒖肌毒w學(xué)中的對(duì)稱群》一書(郭可信,王仁卉著)。與晶體對(duì)應(yīng)的,原子或分子無規(guī)則排列,無周期性無對(duì)稱性的固體叫非晶,如玻璃,非晶碳。一般,無定型就是非晶英語叫amorphous,也有人叫g(shù)lass(玻璃態(tài)).晶粒是另外一個(gè)概念,搞材料的人對(duì)這個(gè)最熟了。首先提出這個(gè)概念的是凝固理論。從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過
3、程首先要成核,然后生長(zhǎng),這個(gè)過程叫晶粒的成核長(zhǎng)大。晶粒內(nèi)分子、原子都是有規(guī)則地排列的,所以一個(gè)晶粒就是單晶。多個(gè)晶粒,每個(gè)晶粒的大小和形狀不同,而且取向也是凌亂的,沒有明顯的外形,也不表現(xiàn)各向異性,是多晶。英文晶粒用Grain表示,注意與Particle是有區(qū)別的。有了晶粒,那么晶粒大?。ňЯ6龋鶆虺潭?,各個(gè)晶粒的取向關(guān)系都是很重要的組織(組織簡(jiǎn)單說就是指固體微觀形貌特征)參數(shù)。對(duì)于大多數(shù)的金屬材料,晶粒越細(xì),材料性能(力學(xué)性能)越好,好比面團(tuán),顆粒粗的面團(tuán)肯定不好成型,容易斷裂。所以很多冶金學(xué)家材料科學(xué)家一直在開發(fā)晶粒細(xì)化技術(shù)
4、??茖W(xué)總是喜歡極端,看得越遠(yuǎn)的鏡子叫望遠(yuǎn)鏡;看得越細(xì)的鏡子叫顯微鏡。晶粒度也是這樣的,很小的晶粒度我們喜歡,很大的我們也喜歡。最初,顯微鏡倍數(shù)還不是很高的時(shí)候,能看到微米級(jí)的時(shí)候,覺得晶粒小的微米數(shù)量是非常小的了,而且這個(gè)時(shí)候材料的力學(xué)性能特別好。人們習(xí)慣把這種小尺度晶粒叫微晶。然而科學(xué)總是發(fā)展的,有一天人們發(fā)現(xiàn)如果晶粒度在小呢,材料性能變得不可思議了,什么量子效應(yīng),隧道效應(yīng),超延展性等等很多小尺寸效應(yīng)都出來了,這就是現(xiàn)在很熱的,熱得不得了的納米,晶粒度在1nm-100nm之間的晶粒我們叫納米晶.再說說非晶,非晶是無規(guī)則排列,無周期
5、無對(duì)稱特征,原子排列無序,沒有一定的晶格常數(shù),描敘結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的只有徑向分布函數(shù),這是個(gè)統(tǒng)計(jì)的量。我們不知道具體確定的晶格常數(shù),我們總可以知道面間距的統(tǒng)計(jì)分布情況吧。非晶有很多誘人的特性,所以也有一幫子人在成天做非晶,尤其是作大塊的金屬非晶。因?yàn)樗膽?yīng)力應(yīng)變曲線很特別。前面說了,從液態(tài)到到固態(tài)有個(gè)成核長(zhǎng)大的過程,我不讓他成核呢,直接到固態(tài),得到非晶,這需要很快的冷卻速度。所以各路人馬一方面在拼命提高冷卻速度,一方面在不斷尋找新的合金配方,因?yàn)椴煌暮辖鹋浞接胁煌姆蔷纬赡芰?,通常有Tg參數(shù)表征,叫玻璃化溫度。非晶沒有晶粒,也就沒有晶界
6、一說。也有人曾跟我說過非晶可以看成有晶界組成。那么另一方面,我讓他成核,不讓他長(zhǎng)大呢,不就成了納米晶。人們都說,強(qiáng)扭的瓜不甜,既然都是抑制成核長(zhǎng)大,那么從熱力學(xué)上看,很多非晶,納米晶應(yīng)該不是穩(wěn)態(tài)相。所以你作出非晶、納米晶了,人們自然會(huì)問你熱穩(wěn)定性如何。后來,又有一個(gè)牛人叫盧柯,本來他是搞非晶的,讀研究生的時(shí)候他還一直想把非晶的結(jié)構(gòu)搞清楚呢(牛人就是牛人,選題這么牛,非晶的結(jié)構(gòu)現(xiàn)在人們還不是很清楚)。他想既然我把非晶做出來了,為什么我不可以把非晶直接晶化成納米晶呢,納米晶熱啊,耶,這也是一種方法,叫非晶晶化法。既然晶界是一種缺陷,缺陷
7、當(dāng)然會(huì)影響材料性能,好壞先不管他,但是總不好控制。如果我把整個(gè)一個(gè)材料做成一個(gè)晶粒,也就是單晶,會(huì)是什么樣子呢,人們發(fā)現(xiàn)單晶確實(shí)會(huì)有多晶非晶不同的性能,各向異性,誰都知道啊。當(dāng)然還有其他的特性。所以很多人也在天天搗鼓著,弄些單晶來?,F(xiàn)在不得不說準(zhǔn)晶。準(zhǔn)晶體的發(fā)現(xiàn),是20世紀(jì)80年代晶體學(xué)研究中的一次突破。這是我們做電鏡的人的功勞。1984年底,D.Shechtman等人宣布,他們?cè)诩崩淠痰腁lMn合金中發(fā)現(xiàn)了具有五重旋轉(zhuǎn)對(duì)稱但并無無平移周期性的合金相,在晶體學(xué)及相關(guān)的學(xué)術(shù)界引起了很大的震動(dòng)。不久,這種無平移同期性但有位置序的晶體就
8、被稱為準(zhǔn)晶體。后來,郭先生一看,哇,我們這里有很多這種東西啊,抓緊分析,馬上寫文章,那段金屬固體原子像的APL,PRL多的不得了,基本上是這方面的內(nèi)容。準(zhǔn)晶因此也被D.Shechtman稱為“中國像”。再說說孿晶,孿晶的英文叫twin