粗晶，準(zhǔn)晶，液晶，非晶，納米晶的結(jié)構(gòu)，特點(diǎn)
晶粒是另外一個(gè)概念，搞材料的人對這個(gè)最熟了。首先提出這個(gè)概念的是凝固理論。從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程首先要成核，然后生長，這個(gè)過程叫晶粒的成核長大。晶粒內(nèi)分子、原子都是有規(guī)則地排列的，所以一個(gè)晶粒就是單晶。多個(gè)晶粒，每個(gè)晶粒的大小和形狀不同,而且取向也是凌亂的,沒有明顯的外形,也不表現(xiàn)各向異性,是多晶。英文晶粒用Grain表示，注意與Particle是有區(qū)別的。
有了晶粒，那么晶粒大?。ňЯ６龋?，均勻程度，各個(gè)晶粒的取向關(guān)系都是很重要的組織（組織簡單說就是指固體微觀形貌特征）參數(shù)。對于大多數(shù)的金屬材料，晶粒越細(xì)，材料性能（力學(xué)性能）越好，好比面團(tuán)，顆粒粗的面團(tuán)肯定不好成型，容易斷裂。所以很多冶金學(xué)家材料科學(xué)家一直在開發(fā)晶粒細(xì)化技術(shù)。
科學(xué)總是喜歡極端，看得越遠(yuǎn)的鏡子叫望遠(yuǎn)鏡；看得越細(xì)的鏡子叫顯微鏡。晶粒度也是這樣的，很小的晶粒度我們喜歡，很大的我們也喜歡。最初，顯微鏡倍數(shù)還不是很高的時(shí)候，能看到微米級的時(shí)候，覺得晶粒小的微米數(shù)量是非常小的了，而且這個(gè)時(shí)候材料的力學(xué)性能特別好。人們習(xí)慣把這種小尺度晶粒較微晶。然而科學(xué)總是發(fā)展的，有一天人們發(fā)現(xiàn)如果晶粒度在小呢，材料性能變得不可思議了，什么量子效應(yīng)，隧道效應(yīng)，超延展性等等很多小尺寸效應(yīng)都出來了，這就是現(xiàn)在很熱的，熱得不得了的納米，晶粒度在1nm-100nm之間的晶粒我們叫納米晶。
再說說非晶，非晶是無規(guī)則排列，無周期無對稱特征，原子排列無序，沒有一定的晶格常數(shù)，描敘結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的只有徑向分布函數(shù)，這是個(gè)統(tǒng)計(jì)的量。我們不知道具體確定的晶格常數(shù)，我們總可以知道面間距的統(tǒng)計(jì)分布情況吧。非晶有很多誘人的特性，所以也有一幫子人在成天做非晶，尤其是作大塊的金屬非晶。因?yàn)樗膽?yīng)力應(yīng)變曲線很特別。前面說了，從液態(tài)到到固態(tài)有個(gè)成核長大的過程，我不讓他成核呢，直接到固態(tài)，得到非晶，這需要很快的冷卻速度。所以各路人馬一方面在拼命提高冷卻速度，一方面在不斷尋找新的合金配方，因?yàn)椴煌暮辖鹋浞接胁煌姆蔷纬赡芰?，通常有Tg參數(shù)表征，叫玻璃化溫度。非晶沒有晶粒，也就沒有晶界一說。也有人曾跟我說過非晶可以看成有晶界組成。 那么另一方面，我讓他成核，不讓他長大呢，不就成了納米晶。
人們都說，強(qiáng)扭的瓜不甜，既然都是抑制成核長大，那么從熱力學(xué)上看，很多非晶，納米晶應(yīng)該不是穩(wěn)態(tài)相。所以你作出非晶、納米晶了，人們自然會(huì)問你熱穩(wěn)定性如何。
后來，又有一個(gè)牛人叫盧柯，本來他是搞非晶的，讀研究生的時(shí)候他還一直想把非晶的結(jié)構(gòu)搞清楚呢（牛人就是牛人，選題這么牛，非晶的結(jié)構(gòu)現(xiàn)在人們還不是很清楚）。他想既然我把非晶做出來了，為什么我不可以把非晶直接晶化成納米晶呢，納米晶熱啊，耶，這也是一種方法，叫非晶晶化法。
既然晶界是一種缺陷，缺陷當(dāng)然會(huì)影響材料性能，好壞先不管他，但是總不好控制。如果我把整個(gè)一個(gè)材料做成一個(gè)晶粒，也就是單晶，會(huì)是什么樣子呢，人們發(fā)現(xiàn)單晶確實(shí)會(huì)有多晶非晶不同的性能，各向異性，誰都知道啊。當(dāng)然還有其他的特性。所以很多人也在天天搗鼓著，弄些單晶來。
現(xiàn)在不得不說準(zhǔn)晶。準(zhǔn)晶體的發(fā)現(xiàn)，是20世紀(jì)80年代晶體學(xué)研究中的一次突破。這是我們做電鏡的人的功勞。1984年底，D.Shechtman等人宣布，他們在急冷凝固的Al Mn合金中發(fā)現(xiàn)了具有五重旋轉(zhuǎn)對稱但并無無平移周期性的合金相，在晶體學(xué)及相關(guān)的學(xué)術(shù)界引起了很大的震動(dòng)。不久，這種無平移同期性但有位置序的晶體就被稱為準(zhǔn)晶體。后來，郭先生一看，哇，我們這里有很多這種東西啊，抓緊分析，馬上寫文章，那段金屬固體原子像的APL,PRL多的不得了，基本上是這方面的內(nèi)容。準(zhǔn)晶因此也被D.Shechtman稱為“中國像”。
斑竹也提到過孿晶，英文叫twinning，孿晶其實(shí)是金屬塑性變形里的一個(gè)重要概念。孿生與滑移是兩種基本的形變機(jī)制。從微觀上看，晶體原子排列沿某一特定面鏡像對稱。那個(gè)面叫欒晶面。很多教科書有介紹。一般面心立方結(jié)構(gòu)的金屬材料，滑移系多，已發(fā)生滑移，但是特定條件下也有孿生。加上面心立方結(jié)構(gòu)層錯(cuò)能高，不容易出現(xiàn)孿晶，曾經(jīng)一段能夠在面心立方里發(fā)現(xiàn)孿晶也可以發(fā)很好的文章。前兩年，馬恩就因?yàn)樵阡X里面發(fā)現(xiàn)了孿晶，發(fā)了篇Science呢。盧柯去年也因?yàn)樵诩{米銅里做出了很多孿晶，既提高了銅的強(qiáng)度，又保持了銅良好導(dǎo)電性（通常這是一對矛盾），也發(fā)了個(gè)Science.這年頭Science很值錢啊。像一個(gè)窮山溝，除了個(gè)清華大學(xué)生一樣。
現(xiàn)在，從顯微學(xué)上來看單晶，多晶，微晶，非晶，準(zhǔn)晶，納米晶，加上孿晶。單晶與多晶，一個(gè)晶粒就是單晶，多個(gè)晶粒就是多晶，沒有晶粒就是非晶。單晶只有一套衍射斑點(diǎn)；多晶的話，取向不同會(huì)表現(xiàn)幾套斑點(diǎn)，標(biāo)定的時(shí)候，一套一套來，當(dāng)然有可能有的斑點(diǎn)重合，通過多晶衍射的標(biāo)定可以知道晶粒或者兩相之間取向關(guān)系。如果晶粒太小，可能會(huì)出現(xiàn)多晶衍射環(huán)。非晶衍射是非晶衍射環(huán)，這個(gè)環(huán)均勻連續(xù)，與多晶衍射環(huán)有區(qū)別。
納米晶，微晶是從晶粒度大小角度來說的，在大一點(diǎn)的晶粒，叫粗晶的。在從衍射上看，一般很難作納米晶的單晶衍射，因?yàn)樽钚∥镧R光欄選區(qū)還是太大。有做NBED的么，不知道這個(gè)可不可以
-
科技前沿
-
科技前沿
