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discoveryofquasicrystals 达尼埃尔 谢赫特曼danielshechtman 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 linuspauling 1901 19941954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 anysolidhavinganessentiallydiscretediffractionpattern 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