单晶晶体简介

发布网友 发布时间：2024-09-28 09:43

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热心网友 时间：2024-10-14 21:07

晶体是固态物质的一种特殊存在形式，其形成过程是经过结晶，具有规则的几何外形和原子或分子在空间按周期性规律排列。晶体的主要特性包括均匀性、各向异性、固定熔点、规则外形和对称性。按照成键方式，固体物理学家将晶体分为离子晶体、原子晶体、分子晶体和金属晶体。从空间几何结构上，晶体会被分为七大晶系和多种布拉菲点阵，这方面的深入研究可以通过《晶体学中的对称群》一书来了解。

在微观层面，晶粒是固体内部的一个概念，它是凝固过程中形成的一个个规则排列的单元，单晶即指一个晶粒。晶粒的大小、均匀度和取向对材料的性能有显著影响。通常，晶粒越细，金属材料的力学性能越好。随着科学技术的发展，人们逐渐关注纳米晶，即晶粒度在1nm至100nm之间的材料，这种尺度下的晶粒表现出许多小尺寸效应，如量子效应和超延展性。

准晶体的发现是晶体学领域的重大突破，起始于1984年D.Shechtman等人在急冷凝固的Al Mn合金中观察到的五重旋转对称但无平移周期性的结构。这种无平移周期性的晶体被称为准晶体，中国的研究者在这一领域的贡献被高度评价。通常，晶体的对称性在1、2、3、4、6次旋转对称，而准晶体的对称性打破了这一常规。

此外，孪晶是金属塑性变形中的重要概念，源自晶体原子沿孪晶面的镜像对称排列。滑移和孪生是两种变形机制，面心立方结构金属中孪晶的发生相对较少，但近年来的研究如马恩和卢柯在铝和纳米铜中观察到的孪晶，有助于提高材料性能，同时保持其原有性质，这些成果在科学界有着重要价值。

所谓单晶(monocrystal, monocrystalline, single crystal)，即结晶体内部的微粒在三维空间呈有规律地、周期性地排列，或者说晶体的整体在三维方向上由同一空间格子构成，整个晶体中质点在空间的排列为长程有序。单晶整个晶格是连续的，具有重要的工业应用。由于熵效应导致了固体微观结构的不理想，例如杂质，不均匀应变和晶体缺陷，有一定大小的理想单晶在自然界中是极为罕见的，而且也很难在实验室中生产。另一方面，在自然界中，不理想的单晶可以非常巨大，例如已知一些矿物，如绿宝石，石膏，长石形成的晶体可达数米。