單晶
| 單晶 |
所謂單晶(monocrystal, monocrystalline, single crystal)，即結晶體內部的微粒在三維空間呈有規律地、周期性地排列，或者說晶體的整體在三維方向上由同一空間格子構成，整個晶體中質點在空間的排列為長程有序。單晶整個晶格是連續的，具有重要的工業應用。由於熵效應導致了固體微觀結構的不理想，例如雜質，不均勻應變和晶體缺陷，有一定大小的理想單晶在自然界中是極為罕見的，而且也很難在實驗室中生產。另一方面，在自然界中，不理想的單晶可以非常巨大，例如已知一些礦物，如綠寶石，石膏，長石形成的晶體可達數米。
目錄
簡介
晶粒是另外一個概念，首先提出這個概念的是凝固理論。從液態轉變為固態的過程首先要成核，然後生長，這個過程叫晶粒的成核長大。晶粒內分子、原子都是有規則地排列的，所以一個晶粒就是單晶。多個晶粒，每個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，也不表現各向異性，是多晶。英文晶粒用Grain表示，注意與Particle是有區別的。有了晶粒，那麼晶粒大小（晶粒度），均勻程度，各個晶粒的取向關係都是很重要的組織（組織簡單說就是指固體微觀形貌特徵）參數。對於大多數的金屬材料，晶粒越細，材料性能（力學性能）越好，好比麵團，顆粒粗的麵團肯定不好成型，容易斷裂。所以很多冶金學家材料科學家一直在開發晶粒細化技術。科學總是喜歡極端，看得越遠的鏡子叫望遠鏡；看得越細的鏡子叫顯微鏡。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，顯微鏡倍數還不是很高的時候，能看到微米級的時候，覺得晶粒小的微米數量是非常小的了，而且這個時候材料的力學性能特別好。人們習慣把這種小尺度晶粒叫微晶。然而科學總是發展的，有一天人們發現如果晶粒度再小呢，材料性能變得不可思議了，什麼量子效應，隧道效應，超延展性等等很多小尺寸效應都出來了，這就是現在很熱的，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。
評價
准晶體的發現，是20世紀80年代晶體學研究中的一次突破。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合金中發現了具有五重旋轉對稱但並無平移周期性的合金相，在晶體學及相關的學術界引起了很大的震動。不久，這種無平移同期性但有位置序的晶體就被稱為準晶體。後來，郭先生一看，哇，我們這裡有很多這種東西啊，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容。准晶因此也被D.Shechtman稱為「中國像」英文叫twinning，孿晶其實是金屬塑性變形里的一個重要概念。孿生與滑移是兩種基本的形變機制。從微觀上看，晶體原子排列沿某一特定面鏡像對稱。那個面叫孿晶面。很多教科書有介紹。一般面心立方結構的金屬材料，滑移系多，易發生滑移，但是特定條件下也有孿生。加上面心立方結構層錯能高，不容易出現孿晶，曾經一段能夠在面心立方里發現孿晶也可以發很好的文章。前兩年，馬恩就因為在鋁裡面發現了孿晶，在科學雜誌上發了篇論文。盧柯去年也因為在納米銅里做出了很多孿晶，既提高了銅的強度，又保持了銅良好導電性（通常這是一對矛盾），也在科學雜誌上發了篇論文。[1]