准晶的发现

准晶是20世纪80年代发现的有着广泛应用前途的新材料.它的问世,拓宽了物理学、材料科学和数学的研究领域,更新了对固体特别是晶体的认识.本文记叙了准晶发现的历史过程;论述了准晶发现的科学意义;扼要地介绍了准晶的发现者Dan Shechtman教授.     

准晶的对称性和物理性质

本文较系统地论述了准晶的对称性和物理性质，内容涉及准晶的对称性与点群，群的表示理论与准晶的弹性性质，准晶的平衡性质热力学与物理性质张量等诸多方面，其中也包含了本研究小组近年来在这方面的工作和所取得的重要成果     

准晶理论的新进展

准晶的高分辨电子显微像常显示为直径为2nm、呈十重对称的圆盘,它们还经常重叠。据此,Gummelt在1995年设计出一种内部涂有两种颜色的正十边形,并且证明只要在覆盖时两个十边形中同一颜色的部分相重,就会给出准周期的Penrose图。这种覆盖理论只需要一种正十边形的“准单胞”,覆盖部分是相邻“准单胞”生长的核。覆盖越多,结构越稳定。Gummelt在1999年将正十边形中的两种颜色去掉,既可给出准周期结构,也可给出周期结构,以及介于它们两者之间的各种中间结构。     

制成完全取向的D相准晶薄膜

用磁控溅射和后期退火的方法，首次制成了完全取向的Ｄ相准晶薄膜。这种薄膜对准晶的基础研究和应用研究都有重要意义。     

AlNiCo D相准晶的隧道发现丰富的尖峰结构

在对ＡｌＮｉＣｏ Ｄ 相准晶的极低温下的隧道测量中发现了丰富的尖峰结构     

AINiCo D相准晶的隧道发现丰富的尖峰结构

在对ＡＩｎｉＣｏ Ｄ相准昌的极低温下的隧道测量中发现了丰富的尖峰结构。     

Ni—Cr非中心对称准晶的电子性质

在单电子、紧束缚和最近邻相互作用条件下，本文利用迁移模型分析和计算了单种原子、单健长的二维十二次准晶的电子性质，包括电子能谱、积分态密度和判断电子波函数局域性的一阶矩、二阶矩、反参加比等参数。我们发现电子能谱没有正常简并，只有偶然简并，以及电子只有中间态，没有扩展态和局域态。     

人工构建二维准晶复合结构的减阻特性研究

采用旋转锥板式剪切力测试系统,测试了人工构建的具有五次、八次、十次、十二次对称性的二维准晶结构对甘油和水混合液的减阻性能,并与随机排列结构和周期排列结构的流阻进行了对比.对比试验发现：准晶结构具有显著的减阻效果,其中具有十二次对称性的二维准晶结构减阻效应最大,在剪切率为200—2000 s^-1时,剪切力减小的幅度从15%—9%,其最大减阻量可达到15.4%.进一步在所构建的大尺度二维准晶结构的表面,再复合制备微/纳米粗糙结构,这两种尺度的结构协和作用,可实现减阻效果明显提高. 关键词： 准晶结构 粗糙结构 十二次对称性 减阻     

非晶合金及合金液体的局域五次对称性

简要回顾了从20世纪30年代至今,有关非晶合金及合金液体的局域结构五次对称性的实验、理论和模拟研究.在简单液体的早期研究中,人们已经意识到五次对称性在简单液体的无序结构、过冷和晶化等起着重要作用,二十面体短程序作为五次对称性的典型代表受到了广泛关注.自从Frank提出简单液体中二十面体短程序的结构单元,大量的理论和实验研究已经明确在简单液体、合金液体和金属玻璃中存在局域五次对称性,并且建立了局域五次对称性与合金液体复杂动力学行为、玻璃转变、液体-液体相变以及非晶合金的形变等统一的定量描述和物理图像,表明了局域五次对称性作为结构参量的简单、普遍和有效性.     

Al72Ni20Co8十次准晶的新结构模型

1984年准晶的发现刚由Shechtman等人发表,立即就有科学家借用英国数学家、物理学家Penrose研究数学上的拓扑问题时提出的拼砌图(tiling pattern)来描述其结构.它至少需要两种结构单元按照一种严格的匹配规则(matching rule)无重叠地铺满整个平面来得到完美的准周期结构.这就带来了疑问：为什么准晶的结构需要两种以上的结构单元?这种严格的匹配规则和长程序如何能在急冷凝固这种非平衡条件下得到保证?研究准周期结构生长模型的物理学家们分别从能量最小稳定和熵最大稳定的角度探讨了如何由两种以上的结构单元得到准周期的结构,并且提出随机拼砌相对于严格匹配的拼砌更稳定的观点,但这一课题仍然具有很大的争议.所有这一切说明了拼砌图在描述准晶生长及稳定性方面困难重重.     

D相准晶显示强烈的各向异性电—声子质量增强效应

对ＡｌＮｉＣｏＤ相准晶和热电势测量表明，沿准晶面的电－声子质量增强效应比沿周期方向要大一个数量级以上。     

高压截获十次准晶相关晶体相和纳米级超微粒

 对Al₇₀Co₁₅Ni₁₀Tb₅合金进行了静高压（7.0 GPa）熔态（1 700 ℃）淬火（冷却速率10²⁰ C/s）处理，首次观察到一个新十次准晶相关晶体相。该相属底心正交晶体，晶胞参数为a=2.28 nm、b＝1.60 nm、c＝5.46 nm。通过高分辨像分析，给出了它的二维点阵模型。同时在样品中发现了尺寸均匀的纳米级非晶超微粒形成，超微粒为球形，直径30~40 nm。     

高压下Al0.77Mn0.19Yb0.04合金准晶T相的形成及结构

利用静高压(4.2GPa)熔态(1300℃)淬火(10~2℃/S)方法,对含稀土的铝锰合金Al_(0.77)Mn_(0.10)Yb_(0.04)进行了研究。首次发现了准晶T相的形成。利用选区透射电子衍射技术,对合金中准晶态的结构对称性进行了观察和分析。根据X射线和电子衍射对其衍射峰进行了指标化。使用扫描电镜和能谱技术进行了成份分析。     

不同对称性下晶界结构演化及微观机理的晶体相场法研究

采用晶体相场法研究了单轴拉伸下三角相双晶变形过程及机理, 并重点分析了小角对称与非对称晶界和大角对称与非对称晶界在变形过程中的演化及微观机理, 变形过程中应力方向与初始晶界方向平行. 结果表明, 小角对称晶界由柏氏矢量夹角呈60°的两种刃型位错组成, 变形过程中不同类型的位错运动方向相反, 并各自与另一晶界上同一类型位错相互吸引以致部分位错发生湮没; 小角非对称晶界上的位错类型单一, 在应力作用下先沿水平方向攀移, 后各自分解成柏氏矢量约呈120°的两位错, 并通过位错运动和湮没最终形成理想单晶; 大角晶界在应力的作用下先保持水平状态而后锯齿化并发射位错, 伴随着位错运动和湮没, 最终大角非对称晶界发生分解, 而大角对称晶界则重新平直化, 表明大角对称晶界比大角非对称晶界更稳定, 这与实验和分子动力学模拟结果一致. 关键词： 晶体相场 双晶 晶界 对称性     

铸锭凝固组织对相应非晶合金晶化过程中二十面体准晶相形成动力学的影响

通过在真空电弧熔炼炉内对合金铸锭进行反复熔炼处理，获得到了凝固组织不同的Zr₆₅Al_7.5Cu_12.5Ni₁₀Ag₅合金铸锭.在相同的制备条件下，由凝固组织不同的合金铸锭通过吸铸法制备得到了薄片非晶合金.利用差示扫描量热法(DSC)对非晶合金的晶化动力学进行了分析.x射线衍射谱表明，在Zr₆₅Al_7.5Cu_12.5Ni₁₀Ag₅非晶合金晶化过程中，二十面体准晶相(I相)作为初生相析出.Kissinger分析结果表明，合金铸锭的凝固组织细化，相对应的非晶合金发生晶化时，I相形成与分解的有效激活能都增大，说明非晶合金及析出的I相的热稳定性都提高.从结构的遗传性角度就合金铸锭凝固组织对相应非晶合金晶化过程中二十面体准晶相的形成动力学的影响进行了讨论. 关键词： 二十面体准晶相 晶化动力学 凝固组织     

Al6FeYb合金中十欠准晶相关晶体相的高压形成

对掺稀土钇的铝铁合金进行了静高压熔态淬火研究。使用透射电镜对样品中形成了的微结构进行了观察。首次在该系统中发现了一个十次准晶相关晶体相。     

Al70Co15Tb5Ni10合金中准晶T相和相关相的形成

 对Al₇₀Co₁₅Tb₅Ni₁₀合金进行了静高压（4.40 GPa）熔态（1 450 ℃）淬火（冷却速率为10² ℃/s）研究。首次在该系统中观察到准晶T相和一个新的十次准晶相关相形成。使用透射电镜对准晶相和准晶相关相进行了结构分析，得到了准晶相关相的晶胞参数。使用已有的理论模型对该相关相的形成进行了讨论。     

Al—Fu—Fe二十面体准晶的深过冷研究

通过循环过热净化研究Ａｌ－Ｃｕ－Ｆｅ合金毛织品 Ａｌ６５Ｃｕ２０Ｆｅ１５合金液的深过冷，采用循环过热净化法净化Ａｌ６５Ｃｕ２０Ｆｅ１５合金液，获得了９８Ｋ的过冷度，并制备出直径为６ｍｍ的高纯度的Ａｌ－Ｃｕ－Ｆｅ二十面体准晶球。随着Ａｌ６５Ｃｕ２０Ｆｅ１５合金液过冷度的不同，Ａｌ６５Ｃｕ２０Ｆｅ１５合金液的第一形核相也发生变化。     

静高压对Mn4Si合金液—固转变中间相形成的影响及准晶相的截获

利用静高压熔态淬火方法对Ｍｎ４Ｓｉ合金液－固非平衡转变过程进行了研究。发现真空熔炼的合金中常见的（Ｍｎ４Ｓｉ）ζ相在高压下是不稳定的。而真空熔炼合金中没有的（Ｍｎ６Ｓｉ）Ｒ相在高压液－固转变过程中出现了。首次在４．５ＧＰａ压力下通过熔态淬火截获到了十二次准晶相。使用透射电子衍射技术对其进行了鉴别；使用Ｘ射线衍射对各晶体相和准晶相的结构和稳定性进行了研究。