Algunas otras propiedades de los cuasicristales
(2) Los primeros cuasicristales descubiertos, como el Al86Mn14, se forman cuando se enfrían rápidamente a altas temperaturas. Sólo en tales condiciones las aleaciones de Al-Mn pueden formar cuasicristales cuando se calientan adecuadamente. alguna fase cristalina. Por tanto, los cuasicristales se consideran una fase metaestable entre los estados amorfo y cristalino. Sin embargo, más tarde se descubrió que los cuasicristales como Al6Li3Cu pueden disolverse de la solución sólida sobresaturada mediante envejecimiento, es decir, mantenerse a una temperatura alta adecuada durante un cierto período de tiempo, o pueden solidificarse a partir de la aleación fundida mediante un sobreenfriamiento lento. , y su zona estable existe en el diagrama de equilibrio correspondiente a 400 ℃ de temperatura constante. Estos hechos indican que tales cuasicristales deberían ser fases termodinámicamente estables. Tienen el mismo orden de posición y orientación de largo alcance que los cristales, pero no existe una periodicidad de traslación.
(3) El orden de orientación de largo alcance y el orden de traducción cuasiperiódico de los cuasicristales son el resultado de la distribución ordenada de los átomos en los cuasicristales de acuerdo con la ley de la cuasired. Todos los cuasicristales deben tener esta propiedad, y un sólido con esta propiedad es un cuasicristal. Además, los cuasicristales a menudo exhiben autosemejanza, pero los sólidos con esta característica no son necesariamente cuasicristales; algunos cuasicristales pueden no exhibir autosimilitud. La llamada autosimilitud es como la relación entre la imagen original y la imagen ampliada. La imagen, forma y orientación de las dos fotografías son iguales, pero la escala es diferente. El factor de amplificación o reducción se llama factor de autosimilitud. Por ejemplo, se supone que el orden de los dos segmentos de línea inconmensurables L y S descritos en la sección 10.3 es el que se muestra en la fila superior de la figura 10.13. Si (L S) y L se reemplazan por L ' y S ' respectivamente, el método de clasificación de L ' y S ' en la siguiente línea permanece sin cambios, excepto que la longitud del segmento de línea se amplía en 6543.
Figura 10.13 Representación gráfica de autosimilitud (Luo, 2010)
(4) Los cuasicristales, al igual que los cristales, son adaptativos debido a la distribución espacial de los átomos que contienen y pueden crecer hasta formas regulares. poliedro geométrico. El tamaño de los cuasicristales generados en condiciones de enfriamiento rápido es muy pequeño, generalmente inferior a micras, pero si la solución sólida se disuelve o solidifica lentamente a partir de la masa fundida, el tamaño de las partículas puede alcanzar niveles milimétricos o incluso centímetro. La Figura 10.14 es un monómero de un cuasicristal compuesto intermetálico de Al-Fe-Cu, que muestra una obvia forma de crecimiento de dodecaedro pentagonal regular. Los cuasicristales pueden tener 42 formas simples geométricamente diferentes. Entre ellos, hay 8 tipos de cuasicristales tridimensionales que pertenecen al sistema icosaedro, incluido el dodecaedro pentagonal regular, el icosaedro triangular regular y el icosaedro rómbico (consulte la Figura 10.7). Sin embargo, la geometría de la conocida molécula de fútbol C60 corresponde al dodecaedro pentagonal regular y a los poliedros icosaedros triangulares regulares del cuasicristal. Las otras 34 formas simples pertenecen a cuasicristales bidimensionales y sus características son similares a las de los cristales mesocristalinos, incluidos columnares, cónicos, bicónicos, columnares parciales, columnas parciales, columnares complejos, cónicos complejos, bicónicos complejos, etc. , pero se dividen en pentágonos, octágonos, decágonos y dodecágonos, diferenciándose sólo en los ejes de orden superior.
La Figura 10.14 muestra el crecimiento regular del dodecaedro pentagonal del cuasicristal compuesto intermetálico de Al-Fe-Cu en la fase estable (según Cai Anbang et al., 1987).
(5) Los cuasicristales se descubrieron por primera vez durante el desarrollo de nuevos materiales de aleación. Generalmente este tipo de trabajo comienza estableciendo objetivos y luego diseñando fórmulas y procesos basados en principios de química cristalina para obtener nuevos productos con las propiedades esperadas. Por ejemplo, el desarrollo de la tecnología aeroespacial requiere nuevos materiales de aleación de aluminio con peso ligero y alta resistencia mecánica. Una de las formas de fortalecer las aleaciones de aluminio es disolver más elementos de transición como el Mn en la solución sólida de aleación de aluminio. Sin embargo, la solubilidad sólida del Mn en Al es muy baja, incluso si alcanza el valor máximo, es inferior a 1 átomo de Mn.
Para este propósito, se utiliza un proceso no convencional para solidificar rápidamente la masa fundida de Al-Mn a una velocidad de enfriamiento extremadamente alta (la velocidad de enfriamiento puede ser tan alta como 104 ~ 106 grados Celsius por segundo), lo que obliga a permanecer hasta 10 átomos de Mn. en la solución sólida, fortaleciendo en gran medida la resistencia mecánica de las aleaciones de aluminio. Fue en este contexto que se descubrió el primer cuasicristal de la historia. En términos generales, los cuasicristales conocidos suelen tener algunas propiedades físicas inusuales, que incluyen alta resistencia mecánica, baja densidad, resistencia a altas temperaturas, bajo coeficiente de fricción, baja viscosidad, buena estabilidad química, etc. Aunque son compuestos intermetálicos, pueden tener propiedades eléctricas y térmicas cercanas a las de los aislantes, etc. En resumen, los cuasicristales tienen una importancia y un papel importantes tanto en la teoría como en la aplicación.