Квазикристалл: что это такое и как он отличается от обычных кристаллов

Квазикристаллы — это особая форма кристаллической структуры, которая отличается от обычного кристалла своей асимметрией. Они были открыты в 1982 году ученым Дэниелом Шейнгом в составе сплава алюминия с марганцем. Квазикристаллы являются подклассом аморфных материалов, их атомы располагаются по определенному порядку, но без периодической регулярности, характерной для обычных кристаллов.

Квазикристаллы обладают уникальными свойствами, такими как низкая поверхностная энергия, высокая жесткость и прочность. Они образуют сложные и сложнообразные структуры, которые могут повторяться без периодичности на разных масштабах. В своей форме квазикристаллы напоминают мозаику или фрактальные узоры, что делает их очень привлекательными для исследователей и художников.

Образование квазикристаллов до сих пор не ясно полностью, но существуют различные теории на этот счет. Одна из гипотез предполагает, что квазикристаллы образуются при очень быстром охлаждении расплавов некоторых металлов, что приводит к замедлению образования обычной кристаллической решетки. Другие исследователи считают, что квазикристаллы образуются в результате фазовых переходов между двумя различными фазами материала при некоторых особых условиях.

Важно отметить, что квазикристаллы являются не только интересным объектом исследования для физиков и материаловедов, но и находят практическое применение в различных областях техники, таких как электроника, катализ и покрытия. С их помощью можно создавать материалы с уникальными свойствами, которые могут быть полезны в разработке новых технологий.

Сущность квазикристаллов и их происхождение

Квазикристаллы представляют собой особый тип структур, которые обладают свойствами искусственных кристаллов, но при этом не имеют периодической структуры, характерной для обычных кристаллов. Это означает, что атомы или молекулы квазикристаллов располагаются в пространстве по определенным правилам, но не образуют регулярную и повторяющуюся решетку.

Квазикристаллы получили свое название из-за того, что на первый взгляд они кажутся неправильными и хаотичными. Однако, при более подробном изучении оказывается, что их структура имеет строгое симметричное устройство, способствующее появлению дифракционной симметрии.

Изначально квазикристаллы были считены научной аномалией, т.к. согласно кристаллографическим правилам их образование не представлялось возможным. Однако в 1982 году Дэниел Шейнгер обнаружил, что искусственные металлические сплавы с необычной структурой граничат с природной минералом алмазом. Это открытие помогло развитию новой области науки — квазикристаллографии.

Происхождение квазикристаллов до сих пор остается предметом исследования. Одна из гипотез гласит, что они формируются в результате быстрой кристаллизации расплава, при которой атомам не удается успеть выстроиться в регулярную кристаллическую решетку. Вместо этого атомы попадают в застывающую структуру, сохраняющую их относительное порядок на макроскопическом уровне, но не обладающую периодическим укладом.

Другая гипотеза предполагает, что квазикристаллы могут формироваться под воздействием деформации, например, при высоких давлениях или температурах. Также считается, что взаимодействие между атомами может играть роль в формировании структуры квазикристалла.

Несмотря на то, что квазикристаллы обладают некоторыми уникальными свойствами, их использование в практических целях все еще ограничено. Однако, исследования в этой области продолжаются, и возможно, в будущем квазикристаллы найдут широкое применение в различных технологиях.

Определение и особенности квазикристаллов

Квазикристаллы представляют собой особый тип кристаллической структуры, отличающийся от обычных кристаллов своим регулярным, но не периодическим расположением атомов.

Основное отличие квазикристаллов от обычных кристаллов состоит в отсутствии трехмерной периодической симметрии. В квазикристаллах могут наблюдаться оси симметрии только в двух или одном измерении, что является характерным свойством данного типа структуры.

Квазикристаллы являются результатом деформации и перегруппировки атомов при специфических условиях, таких как быстрое охлаждение расплава металла или воздействие металлических сплавов на поверхность, например, при трении или абразии.

Особенностью квазикристаллов является их фрактальная структура, которая проявляется в наличии однородных и подобных самому веществу структур на различных масштабах. Это свойство позволяет квазикристаллам обладать высокой механической прочностью и термической стабильностью.

Кроме того, квазикристаллы обладают специфической оптической и электрической проводимостью, что находит свое применение в различных технологиях и промышленных процессах.

Исследование квазикристаллов и их свойств находится в стадии активного развития, что позволяет нам узнать все больше о фундаментальных особенностях этих уникальных материалов и применить их в новых областях науки и техники.

Возникновение квазикристаллов и процесс их образования

Квазикристаллы были открыты в 1982 году ученым Даниэлем Шехтманом, он наблюдал твердое вещество, которое имело кристаллическую структуру, но было несимметричным. Это противоречило основным принципам кристаллографии, согласно которым кристаллы имеют симметричную структуру.

Процесс образования квазикристаллов начинается с создания специфических условий, в которых атомы формируют особую упорядоченную структуру. В основе образования квазикристаллов лежит процесс самоорганизации атомов, когда они образуют определенные повторяющиеся структуры.

Одной из техник формирования квазикристаллов является механическая обработка металлических сплавов при комнатной температуре. В этом процессе материал подвергается интенсивному деформационному воздействию, что приводит к возникновению высокой плотности дефектов и разрушению обычной кристаллической структуры.

Кроме того, квазикристаллы могут образовываться в результате воздействия высоких давлений и температур на материалы. При этих условиях атомы получают достаточно энергии для перемещений и перестроения своего положения в кристаллической решетке, что создает особую упорядоченную структуру.

Образование квазикристаллов также может быть связано с применением специальных добавок или легирующих элементов, которые меняют структуру материала и способствуют возникновению квазикристаллической фазы.

Таким образом, возникновение квазикристаллов связано с различными факторами, которые способствуют формированию особой упорядоченной структуры атомов. Эти материалы имеют уникальные свойства и находят применение в различных областях науки и техники.