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《單晶、多晶、非晶、準晶、微晶的區(qū)別》由會員上傳分享,免費在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、單晶、多晶、非晶、微晶、無定形、準晶的區(qū)別何在?要理解這幾個概念,首先要理解晶體概念,以及晶粒概念。我想學固體物理的或者金屬材料的都會對這些概念很清楚!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)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)律周期性重復的排列。晶體共同特點:均勻性:晶體內(nèi)部各個部分的宏觀性質(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:晶體具有周期性結(jié)構(gòu),熔化時,各部分需要同樣的溫度。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)
2、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則從空間幾何上來分,有七大晶系,十四種布拉菲點陣,230種空間群,用拓撲學,群論知識去研究理解。可參考《晶體學中的對稱群》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)).晶粒是另外一個概念,搞材料的人對這個最熟了。首先提出這個概念的是凝固理論。從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程首先要成核,然后生長,這個過程叫晶粒的成核長大。晶粒內(nèi)分子、原子都是有規(guī)
3、則地排列的,所以一個晶粒就是單晶。多個晶粒,每個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,那么晶粒大小(晶粒度),均勻程度,各個晶粒的取向關(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,材料性能(力學性能)越好,好比面團,顆粒粗的面團肯定不好成型,容易斷裂。所以很多冶金學家材料科學家一直在開發(fā)晶粒細化技術(shù)??茖W總是喜歡極端,看得越遠的鏡子叫望遠鏡;看得越細的鏡子叫顯微鏡。晶粒度也是這樣的,很小的晶粒度我們喜歡,很大的
4、我們也喜歡。最初,顯微鏡倍數(shù)還不是很高的時候,能看到微米級的時候,覺得晶粒小的微米數(shù)量是非常小的了,而且這個時候材料的力學性能特別好。人們習慣把這種小尺度晶粒較微晶。然而科學總是發(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)特點的只有徑向分布函數(shù),這是個統(tǒng)計的量。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)計分布
5、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。因為它的應(yīng)力應(yīng)變曲線很特別。前面說了,從液態(tài)到到固態(tài)有個成核長大的過程,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,因為不同的合金配方有不同的非晶形成能力,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,我讓他成核,不讓他長大呢,不就成了納米晶。人們都說,強扭的瓜不甜,既然都是抑制成核長大,那么從熱力學上看,很多非晶,納米晶應(yīng)該不是穩(wěn)態(tài)
6、相。所以你作出非晶、納米晶了,人們自然會問你熱穩(wěn)定性如何。后來,又有一個牛人叫盧柯,本來他是搞非晶的,讀研究生的時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,缺陷當然會影響材料性能,好壞先不管他,但是總不好控制。如果我把整個一個材料做成一個晶粒,也就是單晶,會是什么樣子呢,人們發(fā)現(xiàn)單晶確實會有多晶非晶不同的性能,各向異性,誰都知道啊。當然還有其他的特性。所以很多人也在天天搗鼓著,弄些單晶來?,F(xiàn)
7、在不得不說準晶。準晶體的發(fā)現(xiàn),是20世紀80年代晶體學研究中的一次突破。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,在晶體學及相關(guān)的學術(shù)界引起了很大的震動。不久,這種無平移同期性但有位置序的晶體就被稱為準晶體。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。準晶因此也被D.Shechtman稱為“中國像”。斑竹也提到過孿晶,英文叫t