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《單晶多晶非晶微晶納米晶準(zhǔn)晶孿晶概念剖析》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。
1、·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)（此處指一般物質(zhì)，未包括“第四態(tài)”等離子體——成錫注）。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：晶體中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
2、度。規(guī)則外形：理想環(huán)境中生長的晶體應(yīng)為凸多邊形。對稱性：晶體的理想外形和晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)都具有特定的對稱性。對晶體的研究，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)中的對稱群》一書（郭可信，王仁卉著）。與晶體對應(yīng)的，原子或分子無規(guī)則排列，無周期性無對稱性的固體叫非晶，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，
3、搞材料的人對這個(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)的過程首先要成核，然后生長，這個(gè)過程叫晶粒的成核長大。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?，均勻程度，各個(gè)晶粒的取向關(guān)系都是很重要的組織（組織簡單說就是指固體微觀形貌特征）參數(shù)。對于大多數(shù)的金屬材料，晶粒越細(xì)，材料性能（力學(xué)性能）
4、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)?？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，覺得晶粒小到微米數(shù)量就是非常小的了，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)如果晶粒度再小呢，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
5、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，無周期無對稱特征，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)成核長大的過程，我不讓它成核呢，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
6、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，我讓它成核，不讓它長大呢，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
7、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。
8、1984年底，D.Shechtman等人宣布，他們在急冷凝固的AlMn合金中發(fā)現(xiàn)了具有五重旋轉(zhuǎn)對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”。斑竹也提
