Abejonių kristalas

Abejonių kristalas

S. M. Комаров,
Kandidatas fizikinių ir matematinių mokslų
"Chemija ir gyvybė" №12, 2011

Nobelio premiją chemijos srityje gavo Danielas Shechtmanas iš Techniono technologijos instituto Haifa (Izraelis) – prieš trisdešimt metų atradus kvazikristalius. Šis atradimas buvo vienas iš panašių įvykių, įvykusių tada medžiagų mokslų serijoje.

Greitas aušinimas

XX a. Aštuntajame dešimtmetyje įvyko kažkokia prarastoji medžiagų mokslų revoliucija. Visi pradėjo gauti metalų lydinius valstybėje, labai toli nuo pusiausvyros, dėl kurios jie panaudojo greito gesinimo metodą iš skysčio. Per keletą metų šią idėją sudarė šimtai laboratorijų, atliekančių nesuskaičiuojamą skaičių eksperimentų su sparčiųjų greitu aušinimu su labiausiai egzotiškais komponentų deriniais. Ką tyrėjai siekė?

Lengva pasakyti, kad, norint sukurti naują lydinį, materialusis mokslininkas įvertina būsenos diagramą – fazinės pusiausvyros priklausomybę nuo temperatūros ir sudėties bet kuriai dviejų ar trijų komponentų sistemai – ir žiūri į tai, kokia yra jo fazinė pusiausvyra. Paprastai lydinio sudėtis atitinka dviejų fazių regioną jo veikimo temperatūroje. Tačiau, kaitinant, jis patenka į vieno fazės regioną.Šiuo atveju fazė vadinama medžiaga, turinti specifinę kristalinę struktūrą. Atlikti fazinio virsmo dėl su šildymo-aušinimo, mokslo siekiant turėti lydinio dalelių įvairių etapų, kuriame tokios formos ir dydžio kiekiai, nes ji laiko būtinomis. Visų šio darbo labai svarbu žinoti, ką kristalų gardelės turi vieną ar kitą etapą savo santykių priklauso parametrus morfologiniai metu išsiskiriančios fazinio virsmo iš dalelių, todėl iš lydinio savybių. Čia yra diagramos ir leiskite popieriui įvertinti, kokius elementus (ir gali būti iki dešimties) sumaišyti su lydiniu, norint pasiekti norimą savybių rinkinį.

Pusę amžiaus, visus pagrindinius pokario etapas schema technologinės revoliucijos buvo tiriamos ir šen, ir apie lydinių kūrimo su skirtingų savybių galimybių iš esmės išnaudotos. Buvo išlikti įgūdžiai su žinomomis medžiagomis, kiekybiškai patobulinti jų savybes ar išrasti ką nors kokybiškai naują. Ir kad pastarasis gali būti padaryta tik už fazės pusiausvyros, siekiant išlaikyti medžiagos cheminių elementų, kurie yra iš esmės nenori gyventi viena su kita kieto būvio.Lydymosi metu didžioji dauguma jų puikiai suderina su labiausiai neįprastais kaimynais. Taigi idėja skysčio metalą atvėsti taip greitai, kad elementai, sumaišyti su juo, neturėjo laiko atskirti vienas nuo kito.

Griežtai tariant, visi greito gesinimo būdai iš lydalo buvo išrastas ir užpatentuotas XIX a. Pirmojoje pusėje, tačiau XX a. Pabaigoje jie buvo paklausūs. Pagrindiniai metodai yra plonas srautas ant plataus srauto ant greitai sukasi masyvo būgno (su išstumiama juostos ar vielos) ir metalo purtymu (gaunami milteliai). Juostą ir vielą galima naudoti atskirai arba jie gali būti sutraiškyti, paversti milteliais, o tada dirbti su jais naudojant miltelių metalurgijos metodus – sukepinant aukštoje temperatūroje ir slėgį į masyvų produktą.

Studijuojant greitai užgriozdintas medžiagas, buvo atrasti trys nauji metalinių sistemų būkliai: mikrokristaliniai (pagal modernius mokslinius metodus dabar vadinami nanokristaliniais), amorfiniai ir kvazikristaliniai. Didžiosios viltys buvo siejamos su šiomis sąlygomis – entuziastai teigė, kad ateina nauja sparčiai gesintų medžiagų era,kurios, dėl savo unikalių savybių, netrukus pateiks tradiciškai plačiai naudojamus lydinius, tokius kaip plienas ir ketaus, prie istorijos šiukšlių dėžės. Deja, realybė pasirodė esanti griežta: revoliucija nebuvo įvykdyta, o naujos medžiagos užėmė nedideles nišas, ieškojo naudojimo specialioje įrangoje, – tačiau tai netrukdo jų kūrėjų pasiekimams.

Mikrokristalai

Dvipusio "Penrose" parketo modelis, sudarytas iš dviejų elementų, yra kvarcrystal modelis. Vaizdas generuojamas programos Bobi.exe, sukurtas Stefan Collins

Žvelgiant į plieno peilį, sunku įsivaizduoti, kad tai yra kristalinė medžiaga. Tačiau tai būtent taip: bet koks metalo gabalas yra polikristalinis, o atskirus jo kristalus paprastai vadina grūdais. Grūdai gali sukelti daug sunkumų medžiagų mokslui. Visų pirma, bet kokie purviai mėgsta juos deponuoti: visada yra tam tikrų pertrūkių dviejų jungčių sankryžoje, kur daug lengviau sukurti naują dalelę su svetimų kristalų grotelėmis. Tokia dalelė veiks taip, kaip ir užraktai: kai deformuojasi, vienas grūdis negalės suvynioti į kitą, ten kaupsis stresas ir galiausiai atsiras įtrūkimai.Jei grūdai yra dideli, ši kreka gali viršyti kritinį dydį ir toliau plisti, todėl sunaikins medžiagą. Didele dalimi dėl dirvožemio ant grūdų ribų korozija aktyviai vyksta. Grūdelių dydis taip pat turi įtakos tam tikroms savybėms, pavyzdžiui, magnetinėms: jei grūdai yra mažesni negu kritinis dydis, tada molekulės pasikeitimas yra daug lengvesnis, kaip sakoma, medžiaga tampa magnetine. Tokios medžiagos reikalingos elektros transformatorių šerdims.

Greitas gesinimas leidžia susidoroti su dideliais grūdais ir pasiekti mikrokristalinę būklę, kai grūdelių dydis yra matuojamas šimtais ar dešimtimis nanometrų. Viena vertus, tai gerai – tokie smulkūs grūdai keičia deformacinį mechanizmą: pagal apkrovą vienas grūdas persidengia ant kito, tačiau jis deformuojasi pats savaime, todėl plastiškumas smarkiai padidėja net ir lydiniams, kurie paprastai yra trapūs kaip stiklas. Kita vertus, didžiulis ribų ilgis daro šią struktūrą nestabilią: mažiausiai šildant, grūdai auga. Ši aplinkybė sukėlė karščiui atsparių mikrokristalinių medžiagų kūrėjus.

Yra tokia medžiagų grupė – aluminidai, aliuminio junginiai su nikeliu, geležimi arba titanu, kurių formulė yra MeM arba Me3Al. Šių intermetalinių junginių dalelės sustiprina karščiui atsparias super lydinius, nes jie turi įdomų požymį – stiprumas nesumažėja didėjant temperatūrai, tačiau padidėja (žinoma, iki tam tikros ribos). Metalo mokslininkai visada buvo traukia idėją sukurti, pavyzdžiui, gryno aliuminido turbiną – jis būtų labai lengvas ir veiktų daug aukštesne temperatūra nei lydinys su šiais aluminidais. Bet čia yra problema: kambario temperatūroje aluminidas yra trapus, beveik kaip stiklas. Greitas gesinimas sukėlė mikrokristalinę būseną ir, atitinkamai, ištaisė šį trūkumą. Tačiau tokios medžiagos nebuvo tokios galimos: po to, kai jos dirbo aukšta temperatūra, ji prarado žemos temperatūros savybes.

Jei mikrokristalinė medžiaga nėra veikiama stiprios karščio, ji gali suteikti daug naudos. Pavyzdžiui, tokie transformatorių branduoliai sumažina įmagnetinimo pasikeitimo nuostolius dešimt kartų.

Amorfinis metalas

Kitas greito gesinimo smegenys yra amorfiniai lydiniai, ty tie, kurių atomai yra išdėstyti atsitiktinai, kaip ir skystyje. Pirmasis amorfinis legiruotas Au75Si25 Su itin greitiems aušinimo būdams, 1960 m. Pagaminti "Caltech" amerikiečiai, tačiau tai buvo egzotiška, o pramoniniu požiūriu svarbus rezultatas buvo pasiektas 1976 m., Kai mokslininkai iš Pensilvanijos universiteto amorfiniu būdu gavo Ni-Fe-P-B sistemos magnetinę juostą. Šioje kompozicijoje reikalingos abu metalai magnetinėms savybėms suteikti, o nemetalai prisideda prie amorfizacijos. Gana greitai paaiškėjo pagrindinis amorfinio metalo gamybos kompozicijos pasirinkimo principas: būtina, kad perėjimas nuo skystos į kietą būseną atitiktų eutekto transformaciją. Šio pertvarkymo esmė yra ta, kad, esant neribotam maišymui lydymosi procese, elementai, dalyvaujantys reakcijoje, netoleruoja vienas kito kietoje būsenoje ir nori atsiskirti kiekvieną su savo kristalais kietėjimo metu. Pasirodo, eutektinis – tokių kristalų mechaninis mišinys. Jei jis greitai atvėsęs, atsiranda situacija, kai nė vienas elementas negali nuspręsti palikti skysčio ir sukurti savo kristalą. Galų gale viskas užkimšta ir nekristalizuojama.

Iš pradžių amorfiniai lydiniai buvo gauti iš vienodų plonų juostelių ir miltelių, tačiau laikui bėgant kompozicijos buvo patobulintos, o dešimtojo dešimtmečio metu atsirado amorfiniai lydiniai – amorfizacijos aušinimo greitis sumažėjo laipsniais per sekundę, o visi liejiniai su stora siena buvo atšaldyti. Tiesa, lydiniai, kurių sudėtyje yra paladžio ir cirkonio, o ne pigiausi komponentai, yra geriausiai volframarizuoti.

Vienu metu vyko diskusija, ar tai buvo tik šaldytas skystis ar mikrokristalitas su tokiais mažais grūdais, kad rentgeno spinduliai jų nematė, tačiau šie ginčai daug neatspindėjo naujos klasės medžiagų savybių. Savybės pasirodė unikalios. Visų pirma deformacijos mechanizmas pasikeitė. Tiesą sakant, kristalinės medžiagos turi realią jėgą, daug kartų mažesnę nei teorinė, apskaičiuojamos kaip vienalaikio tarpatominių jungčių laužymo energija. Deformacijos metu atominės jungtys nesulaužo iš karto, o viena kristalų dalis yra palyginti su kita, o tai reikalauja daug mažiau pastangų. Be amorfinio metalo, nėra nei grūdelių, nei ribos, todėl tokia slyva ten neįmanoma, o jėga padidėja kelis kartus.Tiesa, plastiškumas sumažėja (ir tai visų pirma atsparumas smūgiams), tačiau medžiaga nėra trapi kaip stiklas, jis gerai sulenka. Pavyzdžiui, amorfinę juostelę galima apvyniuoti aplink skustuvo kraštą, ir tada ji bus ištiesta be jokių pėdsakų. Ribų išnykimas ir cheminis vienodumas suteikia puikią atsparumą korozijai.

Nenuostabu, kad iš pradžių amorfiniai lydiniai buvo parinkti masinei gamybai ir gražiai ateičiai. Japonai netgi atliko sėkmingus eksperimentus dėl amorfinių juostelių naudojimo tokio masinio gaminio, kaip gelžbetonio armatūra. Deja, netrukus pasirodė, kad medžiaga vis tiek pasirodo esanti per brangu plataus plieno keitimo atveju, ją sunku apdoroti (pvz., Suvirinti), o klausimai dėl ilgalaikio naudojimo išliko dėl struktūrinio stabilumo. Amorfiniai lydiniai taip pat užėmė savo nedidelę nišą medžiagų, skirtų specialiems produktams – elastingoms membranoms, kietikliams ar vienodoms transformatorių šerdims.

Tačiau gebėjimas egzotišką elementų rinkinį įmesti į lydinį, kurio kiti metodai niekada negalėjo sugrupuoti į kietą būseną, kartais duoda revoliucinių rezultatų.Taigi, amorfinis Mg-Zn-Ca sistemos lydinys gali ištirpėti kūną vienu milimetru greičiu per mėnesį ir būti pakeistas kaulų audiniu (matyt, dėl to yra kalcio buvimas, kuris yra labai neįprastas metalo medžiagai). Tirpimo greitis priklauso nuo cinko koncentracijos. Tokia medžiaga yra labai perspektyvi įvairių rūšių varžtų ir kaiščių, kurie yra surišti į kaulą chirurginių operacijų metu.

Quasicrystals

Kvarcristaliai buvo naujausio laiko atradimas, greito gesinimo idėja. Ir tuo pat metu labiausiai egzotiški – nes jie sulaužė pagrindinę kristalografijos paradigmą, kuri tęsėsi kelis šimtmečius. Nuo abato gyvenimo, Hauy, ty nuo XVIII a., Laikais buvo manoma, kad kristalą galima suskirstyti į elementarius paralelinius plyteles arba šešiakampius prizmės elementarus elementus ir gauti struktūrą dėl begalinio skaičiaus jų lygiagrečių vertimų per grotelių periodą. Tai vadinama "transliacine simetrija". Vis dėlto, kai Max fon Laue ginče dėl rentgeno spindulių puikiai įrodė, kad tai yra elektromagnetinės bangos, galinčios difrakcionuoti ant kristalo grotelių, jis gavo pirmąją rentgeno difrakciją,atsirado praktinis krištolo apibrėžimas: "Tai, kas rentgeno spinduliuote reguliuoja difrakcijos modelį". Toks vaizdas atrodo kaip simetriškas taškų rinkinys – refleksai – aplink centrinę spindulį, ir tuo stipresnis refleksas perkelia į vaizdo kraštą, tuo mažesnis jo ryškumas. Atspindžiai formuojasi vienu metu visame kristale. Artimieji refleksai atspindi tvarką gretimų kristalų grotelių plokštumų išdėstymo procese, ir kuo toliau yra refleksas, tolimiausi yra tai sukūrę plokštumai, kurių santykinis tvarkos dydis gali būti blogesnis. Atspindimų išdėstymo simetrija atspindi grotelių simetriškumą kryptimi, statmenai rentgeno spinduliais. Arba elektronų srautas – atsiradus elektronų mikroskopui medžiagų mokslininko rankose, atsirado mikrodifrakcinis metodas, atsirandantis dėl to, kad elektronas sklaida tame pačiame kristalų grote (primename, kad pagal Louis de Broglie principą bet kokia dalelė gali būti atstovaujama kaip tam tikro ilgio banga, priklausanti nuo šios dalelės masė). Į šį žodį pasirodo "mikro", nes difrakcija gaunama iš nedidelės vietos mėginio paviršiuje, o didelius mėginius tiria rentgeno spinduliai.

Šią trumpą ekskursiją mums reikėjo į rentgeno spinduliuotės pagrindus, nes mikrodifrakcinė paveikslėlis, kurį Danas Shechtmanas pamatė elektronų mikroskopu 1982 m. Balandžio 8 d., Ištyrė greitai sustiprintą Al-Mn (Al86Mn14) buvo labai keista. Pirma, refleksų ryškumas šiek tiek sumažėjo atstumu, ir, antra, nuotrauka turėjo penktojo laipsnio simetriją, ty ji buvo sujungta su save sukant 1/5 apskritimo. Tai negalėjo būti, nes erdvė negali būti tankiai užpildyta skaičiais pagal penkiakampius. Kitais žodžiais tariant, Shechtmanas matytas vienetinė ląstelė prieštaravo Hauy principui, tačiau nepaisant to, tinklų plokštumų išdėstymas buvo geras tolimasis. Kaip teigiama Nobelio komiteto medžiagoje, tai sukėlė tikrą supratingumą.

Kairėje difrakcija iš kristalinio Al-Pd-Mn kvazistrystės palei penktos eilės simetrijos ašį irdešinėje – įprasta difrakcija iš kristalo su išspręstos šeštos eilės simetrija (pagal K. Edogawos duomenis)

Kolegos švelniai paėmė naujienas – jie sakė, kad Shechtman klaidingai interpretuodavo rezultatus, laboratorijos vadovas rekomendavo jį perskaityti kristalografijos vadovėlį ir tada paprašė jo palikti tyrimo grupę.Su kuo galima supainioti tokią ryškią difrakcijos vaizdą? Kristaluose laikas nuo laiko pasirodo dvyniai: juose kristalinės grotelės atspindi kitų krištolo grotelių. Jei dvigubai paspausite tašką, iš kurios buvo gautas mikrodifrakcija, difrakcijos vaizdas bus simetriškai neįprastas. Tačiau galite atsitiktinai patekti į dvynį vieną kartą. Jei difrakcija yra gaunama iš skirtingų mėginio dalių, tampa nemalonu, kai kalbama apie atsitiktinumą.

Po metų Shechtman gina savo disertaciją Izraelio "Technion" ir turėjo laiko labiau spręsti skandalingus duomenis. Tai jam padėjo Ilaną Blechą. 1984 m. Vasarą jie parengė straipsnį "Taikomosios fizikos žurnalas"Tačiau redaktorius nedelsdamas atmetė straipsnį net ir be recenzentų. Tada" Shechtman "paprašė žinomo medžiagos eksperto Johno Kahno, kuris padėjo jam patekti į Standartų institutą, kad galėčiau susipažinti su duomenimis." Kanas sutiko ir parėmė prancūzų kristalografą Denisą Gratią. Shechtman nerado jokių klaidų.

Tokių išskirtinių mokslininkų autoritetas atliko savo darbą, o 1984 m. Lapkritį "Fizinės peržiūros raidės"Tai sukėlė naują kritikos bangą.Tačiau daugelis mokslininkų pradėjo iš jų archyvų išgauti panašias difrakcijos nuotraukas, kurias jie kažkada laiko svetimomis smalsumu ir dvynių produktais. Prisimenu ir anksti publikacijas apie panašių efektų atradimą. Taigi, 1939 m. Al-Cu-Fe sistemos lydinyje buvo nustatyta keista difrakcija, kurios dekodavimas 1987 m. Parodė, kad jis yra icasederalinis kvazikristalas. Be to, archyve atskleidžiami ir kiti neįmanomi simetrijos tipai – aštuntoji ir dvylika užsakymų.

Netrukus pasirodė gana nustebinančios detalės: kvazikristaliniai – nebūtinai kažkas nebalansinis, atsirandantis dėl greito gesinimo; taip pat yra gana stabilių kvazikristalinių fazių. Jie netgi pradėjo auginti monokristalius, kurie labai palengvino šių neįprastų medžiagų struktūros ir savybių tyrimą. Be to, bendrais bruožais buvo galima formuluoti, kokiomis aplinkybėmis turėtume tikėtis stabilių kvazikristalinių fazių atsiradimo.

Labas iš šešių matmenų

Bet kokia yra kvazikristalinių atomų tvarkymo tvarka? Matematika padėjo atsakyti į šį klausimą. 1960-aisiais buvo nustatyta užduotis: sukurti riboto skaičiaus elementų mozaiką, kuri užpildytų erdvę taip, kad vietinis modelis niekada niekad nepasikartotų.Po dešimt metų šią problemą išsprendė britų matematikas Roger Penrosezas, kuris išrado tik du rombų tipus parketą, dabar jo pavadinimą. Ši teorija buvo taikoma medžiagų mokslui, kurią sukūrė kristalografas Alanas McKay. Jis padėjo atomus į Penroso parketo mazgus, apskaičiavo difrakcijos vaizdą ir gavo puikius refleksus ir dešimtosios eilės simetriją. Apie šį darbą žinojo fizikas Paulius Steinhardtas iš to paties Standartų instituto. Gavęs apžvalgos straipsnį Shechtmaną su Kahnu ir kitais kolegomis, Steinhardas iš karto suvokė, kad neįprasta difrakcija yra tiesiogiai susijusi su Makajų modeliavimu. Jis atsisėdo straipsnyje ir jau 1984 m. Pabaigoje Šeftmano difrakcija buvo paaiškinta aperiodinės tvarkos pasekmė. Šiame straipsnyje pirmiausia pasirodo terminas "kvarcrystal". Trijų matmenų įsikūnijime Penrose'o parketas buvo icosahedros – dvidešimties poliūdų, turinčių trikampius veidus, formos, su penkiais trikampiais, kurie suartėjo kiekvienoje viršūnėje, taigi ir penktos eilės simetrija.

Tokios struktūros aprašymas nėra lengvas, bet įmanomas. Medžiagos mokslininkai turėjo patirties: jau trisdešimtųjų pabaigoje buvo rasta vadinamoji nesuderinta ilga laikotarpio fazė. Įsivaizduokite grotelių kaip lygiagrečių plokštumų rinkinį.Kiekviename sluoksnyje atominės pakavimo principas yra tas pats, tačiau plokštumos yra viena kitos atžvilgiu keičiamos tam tikra tokios pakuotės trukmės dalimi. Jei šis poslinkis sudaro visą laikotarpio dalį, tarkim, vieną dešimtąją, tada vienetinę ląstelę galima pastatyti, tik ji bus labai didelė, nes ji apima visus šiuos dešimt sluoksnius. Tačiau įdomus rezultatas taip pat yra įmanoma – perėjimas prie neracionalaus skaičiaus, kurio negalima pasiekti dalijant sveikus skaičius viename kitame (pavyzdžiai yra skaičius "pi" arba natūraliojo logaritmo bazė e) Esant tokiai perstatymui, niekada, jei bet kurio kito sluoksnio atomų laikotarpio padidėjimas nebus tiesiogiai aukščiau bet kurio kito sluoksnio atomų, tai reiškia, kad vienetinė ląstelė negali būti pastatyta. Šie tinklai vadinami nesuderinamomis fazėmis.

Kad periodinę grotelę transformuotume į aperiodinę, mes priimame dvimatę grotelę. Lygiosios ašies X1 iracionalaus kampo link esamų ašių. Paimkime juostą, lygiagrečią šiai ašiai, ir projektuokite mazgus, kurie į ją patenka į ašį. Gaukite pseudoperiodinę vienmatę grotelę

Dėl jų aprašymo atsirado neįprastas būdas – jie pritraukė papildomą, ketvirtąjį erdvinį aspektą.Jame, keturių matmenų erdvėje, atomų išdėstyme yra visiškas transliacinis tvarka. Tačiau tokią projekciją galima pastatyti trimis matmenimis (žr. Pav.), Kurioje ši transliacinė simetrija išsiverks į aperiodinę plokštumų išdėstymą, tačiau jūs vis tiek turėsite teisingą difrakcijos modelį, tarsi X-spinduliai bendrautų su originalia keturių matmenų grotelėmis.

Būtent taip jie nusprendė apibūdinti Shechtmano atradusių neįprastų struktūrų, tik šiuo atveju jie pritraukė šešiaformę erdvę: yra visiško transliacinio tvarkymo, bet, suprojektuojant į erdvinę erdvę, jis išnyksta ir tampa penkiakampio sutrikimo išvaizda. Šis metodas leido mums paaiškinti visas difrakcijos ypatybes nuo kvazikristalinių.

Šis sudėtingas paaiškinimas netinka visiems. Vis dar yra nuomonė, kad kvazikristalas iš tiesų yra mikrokristalinė būklė, kurioje ašiesidėjų klasteriai gana atsitiktinai sujungti vienas su kitu, užtikrinant tolimojo tvarkos atsiradimą. Tokio tipo pakuotėms nėra kristalografinių apribojimų, nes klasteris gali turėti bet kokią pageidaujamą formą – nereikia užpildyti begalybės erdvės su savo tinkleliu.Nesunku atskirti šešių matmenų groteles ir klasterių pakuotes, todėl didelė šio klausimo dalis lieka atvira.

Kvazikristalinė stiprybė ir slidumas

Kaip paaiškėjo, transliacinės simetrijos nebuvimas smarkiai įtakoja šių medžiagų savybes. Paprasto kristalinio metalo, kurio struktūrą galima gauti begalinį skaičių lygiagrečių vienetinės ląstelių pernešimų, tiek elektronų transportavimas, tiek fononų transportas – svyravimai grotelių joninės grotelės – yra nustatomi pagal šią periodiškumą. Pavyzdžiui, fononai yra išsibarstę prie ląstelių ribų ir su sąlyga, kad virpesių bangos ilgis nėra lygus grotelių periodui. Tai svarbu, nes fononai atlieka šilumą. Panašiai elgtis ir elektronų tankio bangos, su kuriomis susijęs elektros srovės perdavimas. Kvazistrystėse, kur tokio periodiškumo nėra, fononai yra daug išsisklaidę, o šiluma perduodama blogai. Elektronai taip pat nepasikeitė, jie dažniausiai užrakinami savo icosahedra: laisvųjų įkroviklių skaičius yra vienas 20-25 atomų. Tai daro įtaką ne tik elektriniam laidumui, bet ir šviesos absorbavimui: kvazikristalai puikiai sugeria visą matomą spektrą, o maksimalus atspindėjimas vyksta terminėse infraraudonųjų spindulių srityje.Kitas elektroniniu struktūros išraiška yra quasicrystals – žemas paviršiaus energiją, dėl kurių jis yra slidus, užimanti tarpinę padėtį tarp teflono ir nerūdijančio plieno. Trūkumas transliacijos siekiant paveikti jėgų – kaip ir amorfinių medžiagų atveju, deformacijos mechanizmas pakeistas. Rezultatas buvo panašus: didelio stiprumo ir mažo lakumo.

Visa tai nustatė praktinio kvazikristalinių panaudojimo principus. Stiprumas ir kietumas yra specialūs produktai, tokie kaip akių mikrokirurginės adatos ar sustiprinančios dalelės kristaliniuose lydiniuose. Paprastai, tas pats plieno sustiprinti dalelių karbidų, nitridų arba boridų legiravimo elementų, todėl juos per fazinio virsmo. Quasicrystals gali būti suformuotas lygiai taip pat, tačiau jų sudėtis yra ne dalis nemetalas atomų. Kai kuriais atvejais yra pageidautina kurti medžiagą tik iš metalo atomų. Vienaip ar kitaip, jau pasirodė pramonės kokybės plieno, grūdinti quasicrystals (nors greičiausiai iš buvimo quasicrystals fiksuoto vėliau faktą ir iš pradžių ji buvo tik labai geras plienas).Blogas šilumos laidumas kartu su ne geru, bet vis tiek nulinės laidžiosios laidžiosiomis medžiagomis suteikia kvazikristalams puikią medžiagą termoelektriniams keitikliams, kurie turėtų naudoti tų pačių vidaus degimo variklių atliekų šilumą. Norint sukurti šilumos kolektorius saulės energijos sistemoje, taip pat reikia specialių terminių savybių. Ir kartu su dideliu slydimu jie leidžia kvazikristalams išreikšti save kaip nelipnę dangą ant keptuvės.

Negalima sakyti, kad per trisdešimt metų dirbti visi galimi kvazikristalai jau buvo gauti ir ištirti. Naujų medžiagų kūrimas ir diegimas nėra greičiausias procesas, todėl galima tikėtis malonių staigmenų. Tačiau kvazikristalų atradimas jau pakeitė mokslo pagrindus: dabar pakankamai geros difrakcijos kristalinės struktūros pripažinimui. Teisinga struktūra su transliacine simetrija nebėra reikalinga.

Ką dar skaityti apie kvazikristalius:
J. H. Векилов, M. A. Черников. Quasicrystals. Pažanga fizikiniuose moksluose, 2010, t. 180, № 6.


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: