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準晶體，也稱為“擬晶體”，是一種介于晶體和非晶體之間的固體結(jié)構(gòu)。準晶體是一種具有完全有序結(jié)構(gòu)的特殊材料，但所謂的有序并不是指簡單的周期性重復排列。到目前為止，大部分都是在實驗室中制得的，只發(fā)現(xiàn)了一例純天然準晶體?，F(xiàn)在，物理學家相信，他們已經(jīng)弄清了準晶體的產(chǎn)生機制。
準晶體的原子排列中，其結(jié)構(gòu)是長程有序的，這一點和晶體相似；但是準晶不具備平移對稱性，這一點又和晶體不同。普通晶體具有的是二次、三次、四次或六次旋轉(zhuǎn)對稱性，但是準晶的布拉格衍射圖具有其他的對稱性，例如五次對稱性或者更高的六次以上對稱性。
1982 年，以色列Dan Shechtman 教授于例行教授休假研究期間發(fā)現(xiàn)了鋁錳合金(Al6Mn)的準晶相，從而開創(chuàng)了物理、化學和材料的新領域，更重寫并擴展了科學家對“晶體”(crystal)的定義。
當時，謝赫特曼首次在電子顯微鏡下觀察到一種“反常”現(xiàn)象：鋁錳合金的原子采用一種不重復、非周期性但對稱有序的方式排列。而當時人們普遍認為，晶體內(nèi)的原子都以周期性不斷重復的對稱模式排列，這種重復結(jié)構(gòu)是形成晶體所必須的，自然界中不可能存在具有謝赫特曼發(fā)現(xiàn)的那種原子排列方式的晶體。隨后，科學家們在實驗室中制造出了越來越多的各種準晶體，并于2009年首次發(fā)現(xiàn)了純天然準晶體。
準晶體并不是稀有之物(至少有數(shù)百種合金以上)，在室溫下也基本穩(wěn)定，而且不難制作(可以使用多種方法制備)，可是一直要等到1982 年才被他個人發(fā)現(xiàn)
欲在實驗中發(fā)現(xiàn)準晶體的“有序”(order)，但卻呈“準周期性”(quasi-periodic)的晶體結(jié)構(gòu)，需要使用透射( 穿透式) 電子顯微鏡。因為早期的準晶樣品的體積都只有亞(次)微米大小，而傳統(tǒng)的X光衍射技術需要使用到毫米尺度的樣品，因此不能采用標準的X光衍射技術來測定其三維原子排列。
另外一個重要原因是，當時的晶體學家仍然固守傳統(tǒng)，只愿意接受由X光實驗產(chǎn)生的衍射圖形來斷定一種物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)，電鏡的衍射數(shù)據(jù)則被認為是不具備充分說服力的4)。
在準晶體被發(fā)現(xiàn)之前，“ 晶體”的定義是指擁有數(shù)學上“有序”并且呈“周期性”(periodic)排列的三度空間物質(zhì)結(jié)構(gòu)。就旋轉(zhuǎn)對稱(rotational symmetry)而言，一個周期性的三維晶體只能出現(xiàn)1，2，3，4 和6 重旋轉(zhuǎn)對稱，而徹底排除5 重以及更高重旋轉(zhuǎn)對稱的可能性。70 年來，毫無例外的，千千萬萬種已知的晶體，其原子格點都呈周期性的排列。
經(jīng)典晶體學中，無論是14種布拉菲點陣還是230種空間群，均不不允許有五次對稱，因為五次對稱會破壞空間點陣的平移對稱性，即不可能用正五邊形布滿二維平面，也不可能用二十面體填滿三維空間。而準晶的發(fā)現(xiàn)顛覆了這種觀念，準晶的特點之一就是五次對稱性。其實，礦石界的蛋白石，有機化學中的硼環(huán)化合物，生物學中的病毒，都顯示出五次對稱特征
眾所周知，五次對稱性和周期性是不能共存的。如果堅持五次對稱，就必須考慮準周期性。，沿與5次軸正交的一個軸看去，線段的長度并不是隨意的，而僅有一長一短兩種，他們的比值恰好是黃金分割數(shù)1.618…，且圖中所有夾角都是/5的整數(shù)倍。也就是說，雖然這種二維結(jié)構(gòu)中不具有周期性，但也不是完全混亂無序的，無論是長度還是夾角都有定值。
關于準晶體的組成與結(jié)構(gòu)的規(guī)律，科學家仍在研究之中。有關組成問題值得重視的事實如：組成為Al70Pd21Mn9的是準晶體而組成的Al60Pd25Mn15卻是晶體。有關結(jié)構(gòu)問題，人們普遍認為，準晶體存在偏離了晶體的三維周期性結(jié)構(gòu)，因為單調(diào)的周期性結(jié)構(gòu)不可能出現(xiàn)五重軸，但準晶體的結(jié)構(gòu)仍有規(guī)律，不像非晶態(tài)物質(zhì)那樣的近距無序，仍是某種近距有序結(jié)構(gòu)。
盡管有關準晶體的組成與結(jié)構(gòu)規(guī)律尚未完全闡明，它的發(fā)現(xiàn)在理論上已對經(jīng)典晶體學產(chǎn)生很大沖擊，以致國際晶體學聯(lián)合會最近建議把晶體定義為衍射圖譜呈現(xiàn)明確圖案的固體（any solid having an essentially discrete diffraction diagram）來代替原先的微觀空間呈現(xiàn)周期性結(jié)構(gòu)的定義。在實際上，準晶體已被開發(fā)為有用的材料。例如，人們發(fā)現(xiàn)組成為鋁－銅－鐵－鉻的準晶體具有低摩擦系數(shù)、高硬度、低表面能以及低傳熱性，正被開發(fā)為炒菜鍋的鍍層；Al65Cu23Fe12十分耐磨，被開發(fā)為高溫電弧噴嘴的鍍層。
在實際生活中，準晶體早已被開發(fā)為有用的材料。準晶體的應用是非常廣泛的，很多已經(jīng)獲得了實際的效果。預計在未來幾年中，它的低摩擦、耐腐蝕、耐熱性和非粘性會進一步被開發(fā)利用于材料領域。 有人也在鋁基體中嵌入了硬納米準晶， 去發(fā)掘它的更多性能。
如今在鈷、鐵、鎳等金屬的鋁合金中，準晶已經(jīng)成為了一種見怪不怪的結(jié)構(gòu)。有趣的是，準晶出自合金，本身卻是電的不良導體。它的其他特點包括：磁性較強，在高溫下也比晶體更有彈性，十分堅硬，抗變形 能力也很強，因此可以作為商用價值很好的表面涂層。準晶材料的應用主要作為表面改性材 料，以及作為增強相彌散分布于結(jié)構(gòu)材料中。
像我們最常見的不粘鍋炊具，因為準晶材料具有耐蝕耐磨等特點， 用于不粘鍋表面更抗腐。帶有準晶體鍍層的鍋之所以不粘，正是利用了準晶體與常見食物的結(jié)構(gòu)差異， 鍋里鍍層大高維晶體投影與常見食物的三維平凡結(jié)構(gòu)是有差異的，原子排列的不同使得它們不會粘連在一起。
關于準晶的研究方興未艾。比如說光子準晶，它是以準周期形式排列 的，和光子晶體具有相似的性質(zhì)（如各向同性的帶隙） ，可用于建造微型光學元件。
在隔熱性能方面，相比泡沫、纖維、金、銀、 鎳、鋁箔等傳統(tǒng)隔熱材料，準晶體具有密度小、耐蝕和耐氧化的優(yōu)點，在航空和汽車工業(yè)的 發(fā)動機等部件中，有非常大的應用價值。以前，航空航天工業(yè)中，飛機座艙和駕駛艙內(nèi)常用 泡沫塑料、超細玻璃棉、高硅氧棉等材料，而現(xiàn)在，科學家們正研究用準晶體材料來替代這些傳統(tǒng)材料。
我對準晶體作為“盔甲”這方面很感興趣。AICuFe 準晶（通俗的叫法為鋁－銅－鐵的 準晶體） ，其硬度可與氧化硅相比。這種晶體為什么會用這么高的強度呢？這是由于這種準 晶體的特殊結(jié)構(gòu)，它會形成 20 面體，具有與晶體不一樣的宏觀對稱性，所以造就了其高強 度。
準晶體還被用作太陽能工業(yè)薄膜材料。因為準晶體具有特殊的光學性能 （高的紅外傳導率）和足夠的熱穩(wěn)定性（抗氧化及擴散穩(wěn)定性），可應用于太陽熱能工業(yè)。
此外，準晶體材料還可以作為結(jié)構(gòu)材料增強相的應用、儲氫材料、半導體材料以及熱致發(fā)電材料等。目前各國化學家也正在研究準晶體材料在真空鍍膜、離子注入、激光處理、電子轟 擊、電鍍等方法制備準晶膜的應用。我國在準晶的基礎研究方面，也走在世界前列，尤其是 在準晶增強基復合材料的研究、準晶粉末的制備在全世界也具有優(yōu)勢。
