准晶体 第12期

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2011年10月5日，2011年诺贝尔化学奖授予以色列材料科学家达尼埃尔・谢赫特曼，以表彰他发现了准晶体及其在晶体学研究中的突破，这一发现从根本上改变了化学家们看待固体物质的方式，揭示了原子和分子的新的达尼埃尔，谢赫特曼封装原则。

谢赫特曼于1982年4月8日首次在电子显微镜中观察到一种“反常理”的现象：当时所观察铝锰合金的原子采用一种不重复、非周期性但对称有序的方式排列，而当时的理论认为晶体中的原子结构形态呈对称模式分布必须自我周期性重复，具有此种原子排列方式的固体物质是不存在的。因此，谢赫特曼的发现引起极大的争议，并受到了科学界的奚落。因谢赫特曼执意坚持自己的发现与观点，曾被迫离开他的研究小组，直到两年之后才赢得了称誉。这一发现促使科学家开始重新思考对物质结构的认知。

准晶体可谓固体物质世界的“另类系”，颠覆了人类物质观。准晶体介于晶体和非晶体之间，是一种具备晶格周期性，却又显现长程有序性的固体材料。科学界对准晶体的理解和描述需要借助数学方法，同时从中世纪阿拉伯风格的马赛克镶嵌艺术中吸取灵感，准晶体中的原子呈现出令人难以置信的对称美，各个原子问的距离比例遵循几何学中的黄金分割原则，原子在准晶体内的堆积形态有规则，但它们从不重复自己。这种新的结构因为缺少空间周期性而不是晶体，但又不像非晶体，准晶体展现了完美的长程有序，即在某个方向上往往以无理数序列方式表达，而序列像无理数一样无限不循环。

准晶体的发现对传统晶体学产生了强烈的冲击，为物质微观结构的研究增添了新的内容，为新材料的发展开拓了新的领域。随后科学家创造了其他种类的准晶体，并在俄罗斯一条河流内的矿物样品中发现了自然生成的准晶体。瑞典一家企业在一种钢制材料中中发现了准晶体，这种准晶体如同盔甲一般坚硬，能增加材料的强度，可用于制作剃须刀片和眼科手术用的手术针。由于准晶体原子排列不具周期性，因此准晶体材料硬度很高，同时具有一定弹性，不易损伤，使用寿命长，但导电、导热性很差，其应用目前仍有较大发展空间，相关研究成果已被应用到材料学、生物学等多种领域。科学家目前正在试验将准晶体应用于不粘锅涂层、发光二极管和柴油发动机绝热材料等产品中。