基本解釋

　　準(zhǔn)晶體亦稱為“準(zhǔn)晶”或“擬晶”，是一種介于晶體和非晶體之間的固體。具有與晶體相似的長(zhǎng)程有序的原子排列，但是不具備晶體的平移對(duì)稱性。根據(jù)晶體局限定理(crystallographic restriction theorem)，普通晶體只能具有二次、三次、四次或六次旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性，但是準(zhǔn)晶的布拉格衍射圖具有其他的對(duì)稱性，例如五次對(duì)稱性或者更高的如六次以上的對(duì)稱性。獲得2011年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的丹·舍特曼是第一個(gè)正式報(bào)道發(fā)現(xiàn)了準(zhǔn)晶的人。1984年他和以色列理工學(xué)院的同事們?cè)诳焖倮鋮s的鋁錳合金中發(fā)現(xiàn)了一種新的金屬相，其電子衍射斑具有明顯的五次對(duì)稱性。

　　準(zhǔn)晶體 - 定義

　　準(zhǔn)晶體是一種介于晶體和非晶體之間的固體。物質(zhì)的構(gòu)成由其原子排列特點(diǎn)而定。原子呈周期性排列的固體物質(zhì)叫做晶體，原子呈無序排列的叫做非晶體，介于這兩者之間的叫做準(zhǔn)晶體。準(zhǔn)晶體具有獨(dú)特的屬性，其堅(jiān)硬又有彈性、非常平滑，而且，與大多數(shù)金屬不同的是，其導(dǎo)電、導(dǎo)熱性很差，在日常生活中可用來制造不粘鍋、發(fā)光二極管、熱電轉(zhuǎn)化設(shè)備等。

　　準(zhǔn)晶體 - 發(fā)現(xiàn)

　　20世紀(jì)80年代初以前，科學(xué)界對(duì)固態(tài)物質(zhì)的認(rèn)識(shí)僅限于晶體與非晶體，而隨著以色列化學(xué)家丹尼爾·舍特曼的一次偶然發(fā)現(xiàn)，固體物質(zhì)中一種“反常”的原子排列方式跳入科學(xué)家的眼界。從此，這種徘徊在晶體與非晶體之間的“另類”物質(zhì)闖入了固體家族，并被命名為準(zhǔn)晶體。

　　1982年4月8日，丹尼爾·舍特曼在鋁錳合金冷凍固化實(shí)驗(yàn)中首次觀察到合金中的原子以一種非周期性的有序排列方式組合，具有這種原子排列方式的固體在當(dāng)時(shí)理論下是不可能存在的。

　　1984年底，丹尼爾·舍特曼等人宣布，他們?cè)诩崩淠痰腁l Mn合金中發(fā)現(xiàn)了具有五重旋轉(zhuǎn)對(duì)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。

　　準(zhǔn)晶體概念提出之時(shí)，權(quán)威界認(rèn)為其顛覆了固態(tài)物質(zhì)的分類方式，被認(rèn)為是無稽之談，受到巨大質(zhì)疑，丹尼爾·舍特曼也被迫離開研究團(tuán)隊(duì)。然而在此基礎(chǔ)上，化學(xué)家成功在實(shí)驗(yàn)室中合成出多種準(zhǔn)晶體結(jié)構(gòu)。

　　2009年，意大利佛羅倫薩大學(xué)的科學(xué)家盧卡·賓迪和同事在俄羅斯東部哈泰爾卡湖獲取的礦物樣本中發(fā)現(xiàn)了天然準(zhǔn)晶體，這種新礦物質(zhì)由鋁、銅和鐵組成。分析表明，“準(zhǔn)晶體”這種結(jié)構(gòu)能天然形成而且也能在自然環(huán)境下保持穩(wěn)定。

　　準(zhǔn)晶體 - 結(jié)構(gòu)

　　物質(zhì)的構(gòu)成由其原子排列特點(diǎn)而定。晶體是指原子呈周期性排列的固體物質(zhì)，單晶體都具有有規(guī)則的幾何形狀，像食鹽晶體是立方體、冰雪晶體為六角形。而原子呈無序排列的則叫做非晶體，非晶體沒有一定的外形，介于這兩者之間的叫做準(zhǔn)晶體。也就是說，準(zhǔn)晶體具有完全有序的結(jié)構(gòu)，然而又不具有晶體所應(yīng)有的空間周期性。

　　人們普遍認(rèn)為，準(zhǔn)晶體存在偏離了晶體的三維周期性結(jié)構(gòu)，因?yàn)閱握{(diào)的周期性結(jié)構(gòu)不可能出現(xiàn)五重軸，但準(zhǔn)晶體的結(jié)構(gòu)仍有規(guī)律，不像非晶態(tài)物質(zhì)那樣的近距無序，仍是某種近距有序結(jié)構(gòu)。

　　盡管有關(guān)準(zhǔn)晶體的組成與結(jié)構(gòu)規(guī)律尚未完全闡明，它的發(fā)現(xiàn)在理論上已對(duì)經(jīng)典晶體學(xué)產(chǎn)生很大沖擊，以致國(guó)際晶體學(xué)聯(lián)合會(huì)建議把晶體定義為衍射圖譜呈現(xiàn)明確圖案的固體(any solid having an essentially discrete diffraction diagram)來代替原先的微觀空間呈現(xiàn)周期性結(jié)構(gòu)的定義。

　　準(zhǔn)晶體 - 區(qū)別

　　與非晶質(zhì)體的區(qū)別在于其內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)在三維空間的排布是有規(guī)則的;

　　與晶體的區(qū)別在于其規(guī)律性并不表現(xiàn)為質(zhì)點(diǎn)的周期性平移重復(fù)，而是配位多面體呈自相似的定向有序分布。

　　準(zhǔn)晶體 - 應(yīng)用

　　準(zhǔn)晶材料的應(yīng)用主要作為表面改性材料，以及作為增強(qiáng)相彌散分布于結(jié)構(gòu)材料中。在實(shí)際生活中，準(zhǔn)晶體早已被開發(fā)為有用的材料。最常見的不粘鍋炊具，因?yàn)闇?zhǔn)晶材料具有耐蝕耐磨等特點(diǎn)，用于不粘鍋表面更抗腐。

　　在隔熱性能方面，相比泡沫、纖維、金、銀、鎳、鋁箔等傳統(tǒng)隔熱材料，準(zhǔn)晶體具有密度小、耐蝕和耐氧化的優(yōu)點(diǎn)，在航空和汽車工業(yè)的發(fā)動(dòng)機(jī)等部件中，有非常大的應(yīng)用價(jià)值。

　　以前，航空航天工業(yè)中，飛機(jī)座艙和駕駛艙內(nèi)常用泡沫塑料、超細(xì)玻璃棉、高硅氧棉等材料，而現(xiàn)在，科學(xué)家們正研究用準(zhǔn)晶體材料來替代這些傳統(tǒng)材料。此外，準(zhǔn)晶體還被用作太陽能工業(yè)薄膜材料。因?yàn)闇?zhǔn)晶體具有特殊的光學(xué)性能(高的紅外傳導(dǎo)率)和足夠的熱穩(wěn)定性(抗氧化及擴(kuò)散穩(wěn)定性)，可應(yīng)用于太陽熱能工業(yè)。

　　此外，準(zhǔn)晶體材料還可以作為結(jié)構(gòu)材料增強(qiáng)相的應(yīng)用、儲(chǔ)氫材料、半導(dǎo)體材料以及熱致發(fā)電材料等。目前各國(guó)化學(xué)家也正在研究準(zhǔn)晶體材料在真空鍍膜、離子注入、激光處理、電子轟擊、電鍍等方法制備準(zhǔn)晶膜的應(yīng)用。

　　在生物學(xué)中，Bernal 和 Fankuchen (1937) 對(duì)純化的TMV(煙草花葉病毒)制劑應(yīng)用了X射線分析法。他們獲得了病毒(粒體)桿寬度的準(zhǔn)確估值，而且表明用鹽使病毒沉淀產(chǎn)生的、有規(guī)則地進(jìn)行二維排列的針形體應(yīng)為準(zhǔn)晶體(paracrystal)而非真晶體。