準晶體

2011年10月5日，2011年諾貝爾化學獎授予以色列材料科學家達尼埃爾·謝赫特曼，以表彰他發(fā)現了準晶體及其在晶體學研究中的突破，這一發(fā)現從根本上改變了化學家們看待固體物質的方式，揭示了原子和分子的新的達尼埃爾，謝赫特曼封裝原則。

謝赫特曼于1982年4月8日首次在電子顯微鏡中觀察到一種“反常理”的現象：當時所觀察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，而當時的理論認為晶體中的原子結構形態(tài)呈對稱模式分布必須自我周期性重復，具有此種原子排列方式的固體物質是不存在的。因此，謝赫特曼的發(fā)現引起極大的爭議，并受到了科學界的奚落。因謝赫特曼執(zhí)意堅持自己的發(fā)現與觀點，曾被迫離開他的研究小組，直到兩年之后才贏得了稱譽。這一發(fā)現促使科學家開始重新思考對物質結構的認知。

準晶體可謂固體物質世界的“另類系”，顛覆了人類物質觀。準晶體介于晶體和非晶體之間，是一種具備晶格周期性，卻又顯現長程有序性的固體材料?？茖W界對準晶體的理解和描述需要借助數學方法，同時從中世紀阿拉伯風格的馬賽克鑲嵌藝術中吸取靈感，準晶體中的原子呈現出令人難以置信的對稱美，各個原子問的距離比例遵循幾何學中的黃金分割原則，原子在準晶體內的堆積形態(tài)有規(guī)則，但它們從不重復自己。這種新的結構因為缺少空間周期性而不是晶體，但又不像非晶體，準晶體展現了完美的長程有序，即在某個方向上往往以無理數序列方式表達，而序列像無理數一樣無限不循環(huán)。

準晶體的發(fā)現對傳統(tǒng)晶體學產生了強烈的沖擊，為物質微觀結構的研究增添了新的內容，為新材料的發(fā)展開拓了新的領域。隨后科學家創(chuàng)造了其他種類的準晶體，并在俄羅斯一條河流內的礦物樣品中發(fā)現了自然生成的準晶體。瑞典一家企業(yè)在一種鋼制材料中中發(fā)現了準晶體，這種準晶體如同盔甲一般堅硬，能增加材料的強度，可用于制作剃須刀片和眼科手術用的手術針。由于準晶體原子排列不具周期性，因此準晶體材料硬度很高，同時具有一定彈性，不易損傷，使用壽命長，但導電、導熱性很差，其應用目前仍有較大發(fā)展空間，相關研究成果已被應用到材料學、生物學等多種領域?？茖W家目前正在試驗將準晶體應用于不粘鍋涂層、發(fā)光二極管和柴油發(fā)動機絕熱材料等產品中。

責任編輯 侯秀姣