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【分享】转载：单晶，多晶，非晶，微晶，无定形，准晶的区别何在？
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以下内容为转载： 自然界中物质的存在状态有三种：气态、液态、固态 固体又可分为两种存在形式：晶体和非晶体 晶体是经过结晶过程而形成的具有规则的几何外形的固体；晶体中原子或分子在空间按一 定规律周期性重复的排列。 晶体共同特点： 均 匀 性： 晶体内部各个部分的宏观性质是相同的。 各向异性： 晶体种不同的方向上具有不同的物理性质。 固定熔点： 晶体具有周期性结构，熔化时，各部分需要同样的温度。 规则外形： 理想环境中生长的晶体应为凸多边形。 对 称 性： 晶体的理想外形和晶体内部结构都具有特定的对称性。 对晶体的研究，固体物理学家从成健角度分为： 离子晶体 原子晶体 分子晶体 金属晶体 显微学则从空间几何上来分，有七大晶系，十四种布拉菲点阵，230种空间群，用拓扑学， 群论知识去研究理解。可参考《晶体学中的对称群》一书（郭可信，王仁卉著）。 与晶体对应的，原子或分子无规则排列，无周期性无对称性的固体叫非晶，如玻璃，非晶 碳。一般，无定型就是非晶英语叫amorphous，也有人叫glass(玻璃态）. 晶粒是另外一个概念，搞材料的人对这个最熟了。首先提出这个概念的是凝固理论。从液 态转变为固态的过程首先要成核，然后生长，这个过程叫晶粒的成核长大。晶粒内分子、 原子都是有规则地排列的，所以一个晶粒就是单晶。多个晶粒，每个晶粒的大小和形状不 同,而且取向也是凌乱的,没有明显的外形,也不表现各向异性,是多晶。英文晶粒用Grain表 示，注意与Particle是有区别的。 有了晶粒，那么晶粒大小（晶粒度），均匀程度，各个晶粒的取向关系都是很重要的组织 （组织简单说就是指固体微观形貌特征）参数。对于大多数的金属材料，晶粒越细，材料 性能（力学性能）越好，好比面团，颗粒粗的面团肯定不好成型，容易断裂。所以很多冶 金学家材料科学家一直在开发晶粒细化技术。 科学总是喜欢极端，看得越远的镜子叫望远镜；看得越细的镜子叫显微镜。晶粒度也是这 样的，很小的晶粒度我们喜欢，很大的我们也喜欢。最初，显微镜倍数还不是很高的时候 ，能看到微米级的时候，觉得晶粒小的微米数量是非常小的了，而且这个时候材料的力学 性能特别好。人们习惯把这种小尺度晶粒较微晶。然而科学总是发展的，有一天人们发现 如果晶粒度在小呢，材料性能变得不可思议了，什么量子效应，隧道效应，超延展性等等 很多小尺寸效应都出来了，这就是现在很热的，热得不得了的纳米，晶粒度在1nm-100nm之 间的晶粒我们叫纳米晶。 再说说非晶，非晶是无规则排列，无周期无对称特征，原子排列无序，没有一定的晶格常 数，描叙结构特点的只有径向分布函数，这是个统计的量。我们不知道具体确定的晶格常 数，我们总可以知道面间距的统计分布情况吧。非晶有很多诱人的特性，所以也有一帮子 人在成天做非晶，尤其是作大块的金属非晶。因为它的应力应变曲线很特别。前面说了， 从液态到到固态有个成核长大的过程，我不让他成核呢，直接到固态，得到非晶，这需要 很快的冷却速度。所以各路人马一方面在拼命提高冷却速度，一方面在不断寻找新的合金 配方，因为不同的合金配方有不同的非晶形成能力，通常有Tg参数表征，叫玻璃化温度。 非晶没有晶粒，也就没有晶界一说。也有人曾跟我说过非晶可以看成有晶界组成。那么另 一方面，我让他成核，不让他长大呢，不就成了纳米晶。 人们都说，强扭的瓜不甜，既然都是抑制成核长大，那么从热力学上看，很多非晶，纳米 晶应该不是稳态相。所以你作出非晶、纳米晶了，人们自然会问你热稳定性如何。 后来，又有一个牛人叫卢柯，本来他是搞非晶的，读研究生的时候他还一直想把非晶的结 构搞清楚呢（牛人就是牛人，选题这么牛，非晶的结构现在人们还不是很清楚）。他想既 然我把非晶做出来了，为什么我不可以把非晶直接晶化成纳米晶呢，纳米晶热啊，耶，这 也是一种方法，叫非晶晶化法。 既然晶界是一种缺陷，缺陷当然会影响材料性能，好坏先不管他，但是总不好控制。如果 我把整个一个材料做成一个晶粒，也就是单晶，会是什么样子呢，人们发现单晶确实会有 多晶非晶不同的性能，各向异性，谁都知道啊。当然还有其他的特性。所以很多人也在天 天捣鼓着，弄些单晶来。 现在不得不说准晶。准晶体的发现，是20世纪80年代晶体学研究中的一次突破。这是我们 做电镜的人的功劳。1984年底，D.Shechtman等人宣布，他们在急冷凝固的Al Mn合金中发 现了具有五重旋转对称但并无无平移周期性的合金相，在晶体学及相关的学术界引起了很 大的震动。不久，这种无平移同期性但有位置序的晶体就被称为准晶体。后来，郭先生一 看，哇，我们这里有很多这种东西啊，抓紧分析，马上写文章，那段金属固体原子像的AP L,PRL多的不得了，基本上是这方面的内容。准晶因此也被D.Shechtman称为“中国像”。 斑竹也提到过孪晶，英文叫twinning，孪晶其实是金属塑性变形里的一个重要概念。孪生 与滑移是两种基本的形变机制。从微观上看，晶体原子排列沿某一特定面镜像对称。那个 面叫栾晶面。很多教科书有介绍。一般面心立方结构的金属材料，滑移系多，已发生滑移 ，但是特定条件下也有孪生。加上面心立方结构层错能高，不容易出现孪晶，曾经一段能 够在面心立方里发现孪晶也可以发很好的文章。前两年，马恩就因为在铝里面发现了孪晶 ，发了篇Science呢。卢柯去年也因为在纳米铜里做出了很多孪晶，既提高了铜的强度，又 保持了铜良好导电性（通常这是一对矛盾），也发了个Science.这年头Science很值钱啊。 像一个穷山沟，出了个清华大学生一样。 现在，从显微学上来看单晶，多晶，微晶，非晶，准晶，纳米晶，加上孪晶。单晶与多晶 ，一个晶粒就是单晶，多个晶粒就是多晶，没有晶粒就是非晶。单晶只有一套衍射斑点； 多晶的话，取向不同会表现几套斑点，标定的时候，一套一套来，当然有可能有的斑点重 合，通过多晶衍射的标定可以知道晶粒或者两相之间取向关系。如果晶粒太小，可能会出 现多晶衍射环。非晶衍射是非晶衍射环，这个环均匀连续，与多晶衍射环有区别。 纳米晶，微晶是从晶粒度大小角度来说的，在大一点的晶粒，叫粗晶的。在从衍射上看， 一般很难作纳米晶的单晶衍射，因为最小物镜光栏选区还是太大。有做NBED的么，不知道 这个可不可以。 孪晶在衍射上的表现是很值得我们学习研究的，也最见标定衍射谱的功力，大家可以参照 郭可信，叶恒强编的那本《电子衍射在材料科学中应用》第六章。 准晶，一般晶体不会有五次对称，只有1，2，3，4，6次旋转对称（这个证明经常作为博士 生入学考试题，呵呵）。所以看到衍射斑点是五次对称的，10对称的啊，其他什么的，可 能就是准晶。 [ Last edited by lingzi326 on 2009-2-17 at 11:07 ] |
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7楼2009-02-17 11:08:53
xi2004
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waiy2001(金币+2,VIP+0):辛苦了，呵呵，谢谢 2-17 18:17
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http://zhidao.baidu.com/question/8461779.html 问题: 什么是双晶体? 结晶矿物中单晶体与双晶体是如何区分的? 答案: 两个或两个以上同种晶体构成的、非平行的规律连生体。又称孪晶。在构成双晶的两个单晶体间，必会有部分的对应晶面、对应晶棱相互平行，但不可能全部一一平行，然而它们必可通过某一反映、旋转180°或反伸(倒反)的对称操作而达到彼此重合或完全平行。 双晶要素 指用来表徵双晶中单晶体方位间的对称取向关系的假想几何要素。它包括：双晶面，为一假想的平面。通过它的反映可使构成双晶的两个单晶体重合或达到完全平行。因此，双晶面必定是两者晶格中的一个相互等同而且平行一致的公共面网。双晶面的方向用平行某晶面或垂直某晶带轴的符号形式来表示。例如锡石的膝状双晶(图1 锡石的膝状双晶 )，双晶面‖(101)；正长石的卡尔斯巴律双晶(图2 正长石的卡尔斯巴律双晶 )，双晶面⊥(001)。双晶面决不可能平行於单晶体中的对称面，否则就会使两个单晶体处於完全平行的关系而构成平行连生。双晶轴，为一假想的直线。当围绕它旋转180°后，可使构成双晶的两个单晶体重合或达到完全平行一致。因此，双晶轴必定是两者晶格中的一个相互等同而且平行一致的公共行列。双晶轴的方向用平行於某晶带轴或垂直於某晶面的符号形式来表示。例如卡尔斯巴律双晶的双晶轴‖(001)；膝状双晶的双晶轴⊥ (101)。双晶轴决不能平行於单晶体中的偶次对称轴。双晶中心，为一假想的定点。通过它的反伸后，可使构成双晶的两个单体重合或达到平行一致的方位(图3 黝铜矿双晶(圆圈代表双晶中心) )。双晶中心只有在单晶体本身无对称中心的情况才有可能出现；而且在一般情况下，它只是一种派生的双晶要素，故可不予考虑。 接合面 指双晶中单晶体间相互接合的实际界面。双晶中以接合面为界，其两侧单晶体的晶格互不连续。接合面可以呈阶梯状或很不规则，亦可为一平面，且是两单晶体中相互等同的一个公共面。接合面往往平行於单晶体中具简单指数的晶面，此时即可用该晶面的符号表示接合面的方向。但个别双晶中，接合面也可能为一无理指数面。接合面可以与单晶体中的对称面平行，但实际上更经常的是与双晶面重合，或平行於双晶轴。 双晶律 指双晶中单晶体间相互连生的规律。双晶律由双晶要素来表徵，并经常被赋予特定的名称。其命名原则大致如下：以经常具该双晶的特徵矿物名称命名。如尖晶石族矿物中以 (111)为双晶面的称尖晶石律；以最初发现该双晶的地名命名，如长石中以 C轴，即(001)晶带轴为双晶轴的卡尔斯巴律双晶；以双晶的形状命名，如金红石族矿物中以 (101)为双晶面的膝状双晶律(又称肘状双晶)；以双晶面和接合面命名，如方解石中以负菱面体的晶面(012)为双晶面和接合面的双晶即称为负菱面双晶律。 双晶类型 在矿物学中，通常根据单晶体间相互接合的特点而将双晶分为下列类型。简单双晶，仅由两个单晶体构成。又分为：接触双晶，两单晶体相邻接触，具确定而规则的接合面(图1 锡石的膝状双晶 )；贯穿双晶，两单晶体相互穿插，接合面曲折而不规则(图2 正长石的卡尔斯巴律双晶 和图3 黝铜矿双晶(圆圈代表双晶中心) )，亦称透入双晶。反覆双晶，由两个以上的单晶体按同一双晶律依次反覆成双晶关系连生而组成。可再分为：聚片双晶，所有接合面均相互平行，各单晶体呈片状而依次叠合，在横截接合面的晶面和解理面上可见由接合面的迹线所构成的一系列平行直线状的双晶纹(图4 斜长石的钠长石律聚片双晶 )；轮式双晶，各接合面依次成等角度相交，双晶外貌常呈轮辐状(图5 白铅矿假六方的轮式贯穿三连晶 )或环状(图6 金红石的环状接触六连晶 )，按所含单晶体的个数而可称为三连晶、四连晶、五连晶、六连晶或八连晶。复合双晶，由两个以上的单晶体两两间分别依不同的双晶律连生而组合在一起的双晶。 此外，在晶体光学中还常按双晶轴与接合面间的关系而将某些双晶分为：正交双晶，双晶轴垂直於接合面，亦称面律双晶；平行双晶，双晶轴平行於接合面，同时还平行於单晶体中的某一主要晶带轴，亦称轴律双晶；混合双晶，双晶轴亦平行於接合面，但同时还垂直於单晶体中的某一主要晶带轴。 双晶的成因 根据双晶形成的时间，可区分为在晶体生长过程中形成的原生双晶和在晶体形成以后产生的次生双晶两大类。按双晶的形成机理则一般分为以下几种：生长双晶，在晶体的成核阶段或其后的成长阶段中形成的原生双晶。它是质点在某个方向上中断了按原先的晶格位置所进行的堆积，改变为按与之成双晶关系的晶格方位进行堆积的结果，而此种改变并不导致键的破坏和晶体内能的明显增大。此外，在液相结晶条件下，悬浮在介质中漂流的两个小晶体有可能以双晶关系的方位相互连接，以降低表面能，然后共同继续成长为双晶。转变双晶，在同质多象转变过程中产生的双晶。它是由高温变体经同质多象转变而变为对称程度较低的低温变体时所产生的双晶。滑移双晶，一般是在晶体形成之后受机械应力的作用，在部分晶格中的一连串相邻面网间同时发生均匀滑移的范性形变，使滑移部分与未滑移部分的晶格间形成双晶关系，故又称机械双晶或形变双晶。滑移双晶都表现为聚片双晶，在遭受过区域变质作用的一些矿物晶体中和某些低对称的金属晶体中常见。 此外，某些金属在退火时的再结晶过程中，通过质点的扩散和晶间界面的变化，容易产生双晶接合面取代一般的晶间界面而形成退火双晶。它几乎只限於有立方面心晶格的金属中。 双晶的分布 在各种晶体中，出现双晶的几率很不一致的。例如方解石、锡石、十字石等矿物的双晶常见，物别是-石英和火成岩中的斜长石几乎无例外，均呈双晶产出；但在大多数种类的晶体中不出现双晶或双晶少见。双晶在各晶系中的分布也不均衡，属於单斜和正交(斜方)晶系的双晶最多，依次为三斜和三方、等轴、四方晶系。六方晶系的双晶则非常少见。这些现象与晶体结构特点及晶系的对称性密切有关。 双晶的研究意义 有些矿物常呈双晶产出，双晶是识别这些矿物的一个主要特徵，可据以确定晶体在空间的方位。滑移双晶的出现还具有成因意义。 双晶的存在对於晶体的利用一般是有害的。如水晶，具有道芬律双晶时，两单晶体中电轴的正负端正好相反，使压电效应相互抵消而不能用作压电材料；当存在巴西律双晶时，两单晶体的旋光方向也正好相反，既不能作为压电材料，也不能用作光学材料。个别双晶，如水晶的道芬双晶，可由人工消除(见石英族矿物)。 参考书目 南京大学地质学系岩矿教研室编著：《结晶学与矿物学》，地质出版社，北京，1978。 F. C. Phillips， An Introduction to Crystallography，4th ed.，Oliver & Boyd，Edinburgh，1971. |
8楼2009-02-17 11:54:15
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