什么是准晶体

晶体是有明确衍射图案的固体，其原子或分子在空间按一定规律周期重复排列。晶体中原子或分子的排列具有三维空间的周期性。这种周期性规律是晶体结构中最基本的特征。晶体通常呈现规则的几何状态，其内部原子的排列规整严格。非晶体，或称无定形体，其原子不按照一定空间顺序排列，与晶体相对应。常见的非晶体包括玻璃和高分子化合物。二者的本质区别是晶体有自范性，非晶体无自范性。就物理性质而言，晶体有固定的熔点，非晶体无固定的熔点，它在熔化过程中温度随加热不断升高。直至20世纪80年代，人们把固体材料分为两大类：一类是原子作规则排列的晶体；另一类是原子混乱排列的非晶体。准晶体的发现是20世纪80年代晶体学研究中的一次突破。

准晶体，亦称为“准晶”或“拟晶”，是一种介于晶体和非晶体之间的固体结构。准晶的原子排列结构是长程有序的，这一点和晶体相似；但是准晶不具备平移对称性，这一点又与晶体不同。普通晶体具有旋转对称性，但是准晶的布拉格衍射图具有其他对称性，如五次对称性或者更高的六次以上对称性。

1982年，以色列科学家谢赫特曼首次在电子显微镜下观察到一种“反常”现象：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。当时人们普遍认为，晶体内的原子都以周期性重复对称模式排列，这种重复结构是形成晶体所必需的，自然界中不可能存在谢赫特曼发现的那种原子排列方式的晶体。随后，科学家们在实验室中制造出了越来越多的各种准晶体，并于2009年首次发现了纯天然准晶体。美国普林斯顿大学教授P·斯坦哈特（P.Steinhardt）表示：谢赫特曼的发现彻底颠覆了200多年的认知，是引人瞩目的重大发现。2011年的诺贝尔化学奖授予这位以色列科学家，表彰他在发现准晶体领域所做出的突出贡献。瑞典皇家科学院诺贝尔奖评审委员会表示：谢赫特曼的发现促使科学家重新思考固体物质结构。在实际生活中，准晶体早已被开发应用，其应用范围非常广泛。预计在未来几年，其低摩擦、耐腐蚀、耐热性和非黏性会进一步被开发利用于材料领域。(https://www.daowen.com)

如今在钴、铁、镍等金属的铝合金中，准晶已经成为一种常见物质。准晶出自合金，本身却是电的不良导体。其他特点包括磁性较强、高温下比晶体更有弹性、坚硬且抗变形能力强，因此准晶可以作为高性能表面涂层。因为准晶材料具有耐蚀、耐磨等特点，用于不粘锅表面更抗腐。我们最常见的就是不粘锅炊具。准晶体镀层的锅正是利用了准晶体与常见食物的结构差异。高维晶体镀层投影与常见食物结构有差异，使得它们不会粘连在一起。

最后，讲一个关于谢赫特曼准晶体发现历程的小细节。当准晶体的神秘微观图案于1982年4月8日早晨出现在谢赫特曼的显微镜下时，这就意味着传统化学理论即将遭遇颠覆性挑战。被许多人视为学术权威的两次诺贝尔奖得主、著名化学家莱纳斯·鲍林（Linus Pauling）公开嘲笑道：“世界上没有准晶体，只有准科学家！”也正是这位诺贝尔奖得主质疑了十年，甚至至死都不承认准晶体的存在。