第3讲_准晶态与液晶态.ppt

(2) 热敏效应的应用 液晶的光学性质会随温度变化，可以用作温度显示 一些胆甾相液晶化合物温度改变1度， 可以显示出从红到蓝的不同颜色变化 液晶温度计 医学上诊断血流障碍、恶性肿瘤、炎症等 材料检测中可以探测工件内部缺陷和疵点 (探伤) 借助胆甾相显示层，可以将红外光辐射、超声波、微波等不可见的辐射变为可见 (3) 聚合物液晶的应用 信息存储 光学器件 海水淡化 离子交换 (4) 溶致液晶在高强度方面的应用 杜邦公司，Kevlar芳香聚合物纤维 具有高强度，可用作防弹衣及航天材料 溶液性抽丝工艺 小结 准晶具有准周期平移序，与非晶一样都是介稳定状态，可以通过快冷制备； Penrose铺砌是学习的重点，要好好理解长程取向有序以及准周期性晶格结构的相关概念。 二十面体结构是稳定结构，但因为其不能完全布满空间，所以不能在晶态中存在，但大部分材料在形成之初，都很容易形成二十面体结构，只是随着晶核的长大，为了填满整个空间，晶核过渡到晶态生长； 液晶是液态与晶态之间的过渡态，大多出现于有机材料中； 液晶显示器是液晶材料的一个非常重要的应用，其工作 原理是液晶材料的高旋光性以及对圆偏振光的选择性反射。 作业 习题1：简要讨论晶态、非晶态、准晶态和液晶在结构与性能的区别。 习题2：简述液晶显示器的工作原理，及其与等离子体显示器的区别。 参考文献 《材料物理学概论》，李言荣，清华大学出版社，第1版，绪论 《固体物理学》，黄昆，高教出版社，第二版，第一章晶体结构 《材料物理基础》，宗祥福，复旦大学出版社，第一版，第一章第二章晶体结构 《晶体和准晶体的衍射》，周公度，北京大学出版社，1999年第一版 第三讲 准晶态与液晶态 主要内容 掌握准晶体结构的基本特征； 掌握Penrose铺砌的具体方式； 理解二十面体结构的对称性及其在材料形成中的存在方式； 掌握液晶的概念及其分类； 了解液晶材料的特点与应用。 准晶态 准晶体 —— 1984年Shechtman用快速冷却方法制备的 AlMn合金 —— 电子衍射图中具有正二十面体的五重对称的斑点分布 —— 介于晶体和非晶体之间的新 的状态 — 准晶态 当一束电子射线或X射线照射到固体凝聚态材料上时，只有晶体才会产生明锐的布拉格衍射。 晶体的长程有序的三维有限平移不变性， 保证了衍射的高度相干性 晶体的短程有序特征，能使衍射花样具有 同结构一样的旋转点群对称性 非晶态中没有这样的结构特点，所以只会产生弥散的衍射花样 晶体受到特有的有限的平移不变性和有限的转动不变性的制约，不允许有五次对称轴 准晶态（quasi crystal，即 QC） 准晶态的结构特征 (1) 准周期平移序 1974年，Penrose提出用两种四边形，夹角分别为： 72o、72o、144o、72o 36o、72o、36o、216o 可以将平面铺满，不留空隙 这种图形具有5次对称性 彭罗斯铺砌的四边形是将一个菱形切开而得到的： 风筝 飞镖 长程取向有序 所得图形到处呈现5次对称性，但没有平移周期性 当沿图中任一轴看去，阵点距离都是1和 并且图中任何一个有限部分均可在整体中其他区域找到 长程取向有序 非周期性的长程有序 彭罗斯图形 准周期性平移 Livien和Steinhardt发现： 在一个较小的原子(Mn)周围凝聚12个较大原子(Al)，形成具有15个二次轴、10个三次轴和6个五次轴的正十二面体壳层。 自由能可以达到最低，可以存在于自然界 用2种不同的菱形六面体， 按拼凑规则可以不留空隙的铺满空间 空间具有局域的二十面体取向的对称性 准晶：同时具有长程准周期性平移序和 非晶体学旋转对称性的固态有序相 准晶态是具有两个或更多个不可公约的长度标量的固态凝聚体 准晶体具有一般晶体所没有的对称性，通过确定不可公约长度比，可以定义某种结构 准晶体结构具有长程准周期有序和长程取向有序的特征 所以衍射图有类似布拉格衍射的斑点 准晶态的结构： 长程取向有序，而长程周期性不存在； 取向有序具有晶体周期性点群所不允许的点群对称性，沿取向序对称轴的方向具有准周期性，即原子的排布间距是两个或两个以上不可公约的特征长度，并按特定序列排布 准晶态的种类 按准晶的成分来分：二元、三元、四元等多元合金 Ti-Ni 郭可信 张泽 麦振洪 李方华 Al-Fe-Cu 按准晶的结构分： I （Al-TM）类，I代表二十面体，TM代表过渡金属 AlZnMg类 按准晶的维度分： 三维准晶：只有二十面体对称性 急冷：Al-Mn，Ti-Ni