单晶体是什么晶体材料是什么 _生活百科

犹他大学的数学家和工程师合作展示了超声波如何将水中的碳粒子组织成一种永不重复的模式。他们表示，这一结果可能会导致一种被称为“准晶体”的材料，具有可定制的磁或电属性。这项研究发表在《物理评论快报》杂志上。

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数学副教授费尔南多·格瓦拉·瓦斯奎兹说:“准晶体的研究很有趣，因为它们具有晶体所不具备的特性。”“它们已经被证明比类似的周期或无序材料更坚硬。它们还可以导电或以不同于晶体的方式散射波。”
想象一个棋盘。可以复制粘贴一个由两个黑色方块和两个白色(或红色)方块组成的2×2方块，得到整个棋盘。这样的“周期性”结构具有重复的图案，这种形态一般出现在晶体中。比如，以一粒盐为例。在原子水平上，它是由钠原子和氯原子组成的网格状晶格。你可以从水晶的一部分复制并粘贴晶格，并在任何其他部分找到匹配。
但准周期结构是骗人的。一个例子是被称为彭罗斯瓷砖的图案。乍一看，这些几何菱形瓷砖似乎是规则的图案。但是你不能复制粘贴这种模式。不再赘述，因为彭罗斯瓷砖的钻石瓷砖呈现五重对称。
材料科学家丹·谢克特曼(Dan Schechtman)在一些金属合金中发现了准周期结构，获得了2011年诺贝尔化学奖，并开始了排列晶体的研究。
自2012年以来，格瓦拉和机械工程副教授Bart Raeymaekers一直在合作设计具有微观定制结构的材料。起初，他们并不想创造准周期材料——事实上，他们的第一个理论实验，由数学博士生China Mauck领导，主要是研究周期材料和超声波可以实现的粒子图案。在每个维度的平面上，他们发现两对平行的超声波换能器足以将粒子排列成周期性结构。
但是，如果他们有更多对传感器会发生什么呢？为了找到答案，Raeymaekers和研究生Milo Prisbrey(现在在洛斯阿拉莫斯国家实验室)提供了实验仪器，数学教授Elena Cherkaev提供了准晶体的数学理论。他们一起进行理论计算，预测超声波传感器将产生的模式。
该设备有四对超声波换能器，它们围绕着一个悬浮在水中的碳纳米颗粒容器。
研究人员将四对超声波传感器排成一个八角形的停车标志。在这个八角形的装置中，研究小组将小的碳纳米颗粒放入水中，并悬浮在水中。一旦打开换能器，超声波将引导碳颗粒就位，形成类似彭罗斯瓷砖的准周期图案。
下一步将是实际制造具有准周期图案排列的材料。不难。如果这些颗粒悬浮在聚合物中而不是水中，它们可以一次固化或硬化。重要的是，二维或三维准周期材料可以通过这种方法产生。通过选择超声换能器的排列方式和驱动方式，可以实现常见的准周期对称。
这些材料能做什么还有待观察，但最终的应用可能是创造出能够操纵电磁波的材料，比如今天5G蜂窝技术中使用的材料。Celka表示，准周期材料的其他已知应用包括不粘涂层(因为其摩擦系数低)和防止热传递的绝缘涂层。
然而，另一个例子是通过嵌入小的准晶颗粒来硬化不锈钢。2011年诺贝尔化学奖的新闻稿中提到，准晶可以“像装甲一样加固材料” 。
【单晶体是什么晶体材料是什么】因此，研究人员表示，我们可以希望这些由超声波粒子组装产生的新准晶结构将有许多新的令人兴奋的应用。

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