2022-2023學(xué)年高二物理競賽課件：準(zhǔn)周期結(jié)構(gòu)

準(zhǔn)周期結(jié)構(gòu)主要內(nèi)容掌握準(zhǔn)晶體結(jié)構(gòu)的基本特征；掌握Penrose鋪砌的具體方式；理解二十面體結(jié)構(gòu)的對稱性及其在材料形成中的存在方式；掌握液晶的概念及其分類；了解液晶材料的特點(diǎn)與應(yīng)用。準(zhǔn)晶態(tài)準(zhǔn)晶體——1984年Shechtman用快速冷卻方法制備的

AlMn合金——電子衍射圖中具有正二十面體的五重對稱的斑點(diǎn)分布——介于晶體和非晶體之間的新的狀態(tài)—準(zhǔn)晶態(tài)當(dāng)一束電子射線或X射線照射到固體凝聚態(tài)材料上時，只有晶體才會產(chǎn)生明銳的布拉格衍射。晶體的長程有序的三維有限平移不變性，保證了衍射的高度相干性晶體的短程有序特征，能使衍射花樣具有同結(jié)構(gòu)一樣的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)群對稱性非晶態(tài)中沒有這樣的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，所以只會產(chǎn)生彌散的衍射花樣晶體受到特有的有限的平移不變性和有限的轉(zhuǎn)動不變性的制約，不允許有五次對稱軸準(zhǔn)晶態(tài)（quasicrystal，即QC）準(zhǔn)晶態(tài)的結(jié)構(gòu)特征(1)準(zhǔn)周期平移序1974年，Penrose提出用兩種四邊形，夾角分別為：72o、72o、144o、72o36o、72o、36o、216o可以將平面鋪滿，不留空隙這種圖形具有5次對稱性彭羅斯鋪砌的四邊形是將一個菱形切開而得到的：風(fēng)箏飛鏢長程取向有序所得圖形到處呈現(xiàn)5次對稱性，但沒有平移周期性當(dāng)沿圖中任一軸看去，陣點(diǎn)距離都是1和并且圖中任何一個有限部分均可在整體中其他區(qū)域找到長程取向有序非周期性的長程有序彭羅斯圖形準(zhǔn)周期性平移Livien和Steinhardt發(fā)現(xiàn)：在一個較小的原子(Mn)周圍凝聚12個較大原子(Al)，形成具有15個二次軸、10個三次軸和6個五次軸的正十二面體殼層。自由能可以達(dá)到最低，可以存在于自然界用2種不同的菱形六面體，按拼湊規(guī)則可以不留空隙的鋪滿空間空間具有局域的二十面體取向的對稱性準(zhǔn)晶：同時具有長程準(zhǔn)周期性平移序和

非晶體學(xué)旋轉(zhuǎn)對稱性的固態(tài)有序相準(zhǔn)晶態(tài)是具有兩個或更多個不可公約的長度標(biāo)量的固態(tài)凝聚體準(zhǔn)晶體具有一般晶體所沒有的對稱性，通過確定不可公約長度比，可以定義某種結(jié)構(gòu)準(zhǔn)晶體結(jié)構(gòu)具有長程準(zhǔn)周期有序和長程取向有序的特征所以衍射圖有類似布拉格衍射的斑點(diǎn)準(zhǔn)晶態(tài)的結(jié)構(gòu)：長程取向有序，而長程周期性不存在；取向有序具有晶體周期性點(diǎn)群所不允許的點(diǎn)群對稱性，沿取向序?qū)ΨQ軸的方向具有準(zhǔn)周期性，即原子的排布間距是兩個或兩個以上不可公約的特征長度，并按特定序列排布準(zhǔn)晶態(tài)的種類按準(zhǔn)晶的成分來分：二元、三元、四元等多元合金麥振洪李方華按準(zhǔn)晶的結(jié)構(gòu)分：I（Al-TM）類，I代表二十面體，TM代表過渡金屬AlZnMg類按準(zhǔn)晶的維度分：三維準(zhǔn)晶：只有二十面體對稱性急冷：Al-Mn，Ti-Ni

緩冷：Al-Li-Cu，Al-Fe-Cu，Ga-Mg-Zn，Al-Co-Cu二維準(zhǔn)晶：在一個平面的兩個方向顯示準(zhǔn)周期性，而在法線方向