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本帖最后由 eley 于 2011-10-7 10:56 编辑 / k$ C- b' [2 K1 s
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2011年诺贝尔化学奖授给了以色列材料科学家Daniel Shechtman(达尼埃尔·谢赫特曼), 以表彰他对准晶(quasicrystals)的发现。
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谢赫特曼1941年出生于以色列的特拉维夫,现为以色列工学院工程材料系教授。1982年,他率先在实验室环境下发现准晶体“现象”。但在近30年前,谢赫特曼的这一发现曾“极具争议”,一度受到“劝告”,希望他脱离研究小组。 7 \' o& K" L* e' n) Z4 A/ [
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1 C- L" P9 k7 f2 G9 G% S( m- k V7 E 事实上,郭可信院士在1953年曾在Acta Metallurgica发表了3篇有关ηM6C,η2-(Ti,Ta)4Ni2C,Laves相和sigma相的论文。这些合金相的晶体结构中都有众多稍微畸变了的二十面体原子团簇。正二十面体是由20个正三角面围成的凸正多面体,5个正三角面围出一个正五重顶,通过每一对相对着的五重顶有一个五重旋转对称轴,通过每一对相对着的三角面中心有一个三重旋转轴;通过每一对相对着的棱的中点有一个二重旋转轴。* R' f a5 Z9 w# T
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% v8 c/ ]3 _- g1 B& a3 Q. f; q 1956年春天,郭先生在海牙读到周总理“向科学进军”的号召,深受感动,在五一节前回到北京,随后分配到中科院金属研究所,直到1987年才转到新成立的北京电子显微镜开放实验室。前后在沈阳工作31年,时间不算短,又正值壮年。先生本应有所作为,但是生不逢时,前后赶上“大跃进”和“文化大革命”两次大动荡,他的基础研究一直没能在祖国大地扎根。幸好在打倒四人帮后迎来了科学的第二个春天,在1983年60岁时重新开始合金相的电子显微镜研究,先生与叶恒强、李斗星同志合作在镍基和铁基合金中发现了一系列与sigma相和Laves相有关的四面体密堆合金相。先生的研究生王大能在1984年夏在这些合金相的纳米畴中发现了五重旋转对称,张泽在1985年春发现了Ti-V-Ni二十面体准晶。研究成果“五次对称性及Ti-Ni准晶相的发现与研究”在1987 年获得了国家自然科学一等奖。
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1985年初张泽去上海硅酸盐研究所做大角度倾转电子衍射实验,除了得到五重对称电子衍射图外,还得到了三重及二重对称电子衍射图,这些轴之间的夹角关系符合二十面体对称。就在这个时候(3月13日),郭院士在北京钢铁学院的研究生邹进寄来Shechtman等在 1984年11月12日在《物理评论快报》上发表的论文“一种具有长程取向序而无周期对称性的金属相”的复制件。这篇文章中叙述的合金是A1-16原子%Mn,急冷凝固后给出五重、三重、二重电子衍射图,而这些五重轴、三重轴、二重轴间的角度关系满足二十面体点群235的要求。稍后,这种金属相就被命名为准晶体(Quasiperiodic Crysta1),简称准晶(Quasicrystal)。
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; | M* R' W8 \- m, q, B2 b% \ 显然,Shechtman等与郭可信院士团队做的是同一类实验,他们用的是A1-Mn合金,郭老用的是Ti-V-Ni合金,他们发表在前,郭老团队发表在后。事后郭院士才知道,Shechtman在1982年为了发展高强度铝合金,采用急冷凝固的工艺迫使更多的锰固溶在铝中(锰在5000C时在铝中的固溶度仅为0.2原子%)。那时他就得到了五重对称电子衍射图,为此,他请教了冶金学权威J.W.Cahn,得到的答复是这是五重孪晶的复合电子衍射图。Shechtman 没有被说服,继续做细致的电镜实验才在1984年肯定它是二十面体准晶。当然,郭团队的Ti-V-Ni二十面体准晶是独立的发现,并且是首次在Ti合金中的发现。
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! o/ K% s9 l/ C# J- X 值得指出的是,郭院士团队发现Ti-V-Ni准晶的过程中并没受到五重孪晶这种想法的干扰,因为蒋维吉同时已经得到NiZr五重孪晶,它的高分辨像与张泽得到的Ti-V-Ni准晶的高分辨像(经邹本三同志做过图像处理)不一样。前者显示取向差为720的5个二维周期分布的像点,后者是呈五重旋转对称的非周期分布的像点。郭院士他们写了“一种新的具有m3 5对称的二十面体相”和“急冷NiZr合金的十重孪晶”两篇简报在1985年的同一期Phi1osophica1 Magazine A中刊出。两相对应,说服力很强。Shechtman的合作者Gratias称郭可信院士的Ti-V-Ni准晶为中国相(China Phase),并邀请郭可信院士去参加他在法国组织的第一届国际准晶会议,会议报告题目是“From Frank-Kasper Phases to Quasicrystal”,说明准晶是研究四面体密堆合金相的直接结果,同时指出准晶与四面体密堆合金相都是由二十面体原子团簇构成的,只不过它们在准晶中呈非周期排列,而在四面体密堆合金相中呈三维周期性排列。
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该团队产生的中国科学院院士有:郭可信院士(1980年)、叶恒强院士(1991年)、张泽院士(2001年)。% ~$ @- C: o/ H4 D( q- d: M
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文字内容摘自沈阳材料科学(联合)实验室《五重旋转对称和二十面体准晶的发现-郭可信》7 g( u2 s* e! Y( {* f) X! O$ l
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遗憾的是,郭可信先生于2006年12月13日22时45分在北京大学第三医院因病逝世。如果先生在世,不知有何感慨?如果没有文化大革命,先生领导的团队也许不会有遗憾。
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现在有人认为,基础研究不重要,这一现象值得我们科技界深思!!!2 C: B! i5 f+ M* z# m) F
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8 i7 L! C# h3 I/ H; C. A: S后记: 发表此文后,才注意到金属所相关专家已发表了博文:
$ |6 A- b% e# j7 M 准晶:被双料诺奖得主鲍林斥为Nonsense的伟大发现 X7 F2 }) s Y& R
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! M: |: y3 f5 }" R4 Y5 p( v Daniel Shechtman (图片来自网络)
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Shechtman first observed crystals with 10 points using a technique shown in the X-ray crystallography image above. That meant they had pentagonal symmetry, which most scientists said was impossible. % `, ]4 X1 s# f& _: c$ A
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