2011年诺贝尔化学奖的启示.ppt

2011年诺贝尔化学奖的启示,李效东,2011年获诺贝尔化学奖 发现准晶体 discovery of quasicrystals,达尼埃尔谢赫特曼 daniel shechtman,1941年出生于以色列特拉维夫，1972年从以色列工学院获得博士学位，目前任该校教授。,谢赫特曼于1981年将铝和锰混合后经高温处理形成合金，通过电子显微镜研究此合金的电子衍射图像，发现此合金具有晶体的衍射特点，但是却具有五重对称轴的二十面体结构。这种结构不可能象正常晶体一样在三维空间重现扩展。因此被称为“准晶体”。此发现使人们对晶体有了新的认识。,这是谢赫特曼成名论文的首页。,具有长程取向但不具备平移对称性的金属相,这是晶体图形吗？,要知道谢赫特曼研究发现的意义，必须要了解一点晶体学方面的知识。,晶体：原子在三维空间周期性有序排列而形成的固体。,因此，晶体是具有一定的对称性的。,具体的晶体,抽象的晶体,对称轴的概念,一重对称轴（无对称性）,二重对称轴,三重对称轴,四重对称轴,五重对称轴,六重对称轴,具有 2、3、4、6 重对称轴的平面（地板瓷砖）可以完全填充无穷大的二维空间（大广场）。,二重对称轴,三重对称轴,六重对称轴,四重对称轴,五重对称轴,但是具有 5 重对称轴的平面（地板瓷砖）不行。,？,？,？,理想的晶体 是由原子在三维空间以一定的对称性周期有序地堆积而成。具有5 重对称轴的平面连二维平面空间都无法完全填充，在三维空间就更不可能存在了。,此论文曾被数次退稿，拒绝发表。1984年他拉了几个人联名，终于发表了，但引起科学界的极大争议和嘲笑，为此他被研究组开除。 鲍林在国际会议上当着上千人说：“谢赫特曼简直是一派胡言。不可能存在什么准晶体，只有准科学家（quasiscientist）。” 谢赫特曼的研究组老板说：“你连基本知识都不懂，你应该去重读晶体学的教科书。” 谢赫特曼的女儿说：“是那个最牛的鲍林吗？他都说你是错的，你肯定错了。”,鲍林（linus pauling）1901-1994 1954诺贝尔化学奖 1962诺贝尔和平奖 “鲍林近似能级”、“鲍林电负性” .,但是，谢赫特曼并未放弃，反而继续努力证明自己的发现。后来，准晶现象在法国、日本等多个实验室被发现。俄罗斯甚至发现了天然准晶体。瑞典的一家公司在钢材料中也发现了准晶，并将其用于刀片和手术针等。将来还有其它很多应用。准晶现象得到普遍认可。鲍林在 1994 年去世前也对自己当初的认识颇有悔意。,要从科学角度理解准晶体，首先要知道： 正常的晶体是怎样组成的？,体心立方堆积（bcc）,六方紧密堆积(hcp),面心立方紧密堆积(fcc),正二十面体,一个原子在平面内可以与 4 个原子结合，也可以与 6 个原子结合，那么凭什么不能与 5 个原子结合？,原子在二十面体内整齐有序地排列，故能像正常晶体一样发生衍射。,国际晶体学会将晶体的定义改为 “any solid having an essentially discrete diffraction pattern.” （任何具有明确衍射斑点的固体）,其实，制备锰铝合金是很普通的事，电子衍射技术和理论也非常成熟。发现异常现象也不奇怪。而且以前也有人发现过类似现象，但因不好解释，非常容易被疏