關(guān)于作者
中國科學(xué)院金屬研究所
形狀的秘密——宏觀與微觀世界的自相似性（上）
材料新視野
2015年03月09日
一、問題的由來
當(dāng)溫總理看到這片土地時，眉頭緊鎖。他想到了什么？春耕問題？老百姓的飲水問題？如何提高抵御自然災(zāi)害的能力?
看到這幅圖會想到什么？我想不同的人會有不同的思考和答案。
當(dāng)我看到這幅圖時，我想到韓國的基督島、西藏阿里的土林地貌、還有大自然的一片楊樹葉。它們形狀獨特卻又驚人的相似。
韓國基督島
地質(zhì)學(xué)家介紹基督島地貌的成因：熔巖遇海水冷卻結(jié)晶，熔巖的化學(xué)成分令冷卻層的壓力平均分布于中心點的四周，因而把熔巖拉開，形成規(guī)則的六邊形。
西藏阿里
地貌學(xué)家介紹西藏阿里地貌的成因：遠古時期該地區(qū)所處的湖盆沉積層在喜馬拉雅造山運動影響下，隨著水位下降、湖盆抬高，并在氣候及河水侵蝕切割之下形成的。
大自然中的樹葉
植物學(xué)家：從葉脈的密度、葉脈間距、小型葉脈分布區(qū)域數(shù)量決定了葉片的形狀。
為何宏觀的地貌與樹葉的微觀形貌會有如此的相似之處呢？
答案是：宏觀和微觀具有自相似性
大自然的獨特形狀是由什么因素控制的？
主要基因或成分決定的，同時也受外部環(huán)境的影響，如大氣的溫度、濕度、風(fēng)力等。
在材料科學(xué)領(lǐng)域，金屬晶體中相也有類似的形狀，如定向凝固工藝的柱狀（胞狀）晶，經(jīng)過浸蝕形成的晶界。
從宏觀到微觀同屬于一個世界，但是否共享相同的規(guī)律？
二、成因的探討
凝固(L-S)過程相的形態(tài)符合界面穩(wěn)定性理論：通過改變G、V來得到平面晶、胞狀晶、樹枝晶。出現(xiàn)高溫合金的定向凝固和單晶鑄造工藝，極大推動航空業(yè)的發(fā)展。
時效(S-S)過程析出相的形狀符合什么理論？
沿晶界析出的碳化物損害塑性而不連續(xù)粒狀析出時增加其強度和塑性。高溫合金中立方體的g￠比球狀g￠抗蠕變性能好。
因此研究沉淀相的生長形狀規(guī)律，對提高材料的性能有重要作用。
（未完待續(xù)）
當(dāng)溫總理看到這片土地時，眉頭緊鎖。他想到了什么？春耕問題？老百姓的飲水問題？如何提高抵御自然災(zāi)害的能力?
看到這幅圖會想到什么？我想不同的人會有不同的思考和答案。
當(dāng)我看到這幅圖時，我想到韓國的基督島、西藏阿里的土林地貌、還有大自然的一片楊樹葉。它們形狀獨特卻又驚人的相似。
韓國基督島
地質(zhì)學(xué)家介紹基督島地貌的成因：熔巖遇海水冷卻結(jié)晶，熔巖的化學(xué)成分令冷卻層的壓力平均分布于中心點的四周，因而把熔巖拉開，形成規(guī)則的六邊形。
西藏阿里
地貌學(xué)家介紹西藏阿里地貌的成因：遠古時期該地區(qū)所處的湖盆沉積層在喜馬拉雅造山運動影響下，隨著水位下降、湖盆抬高，并在氣候及河水侵蝕切割之下形成的。
大自然中的樹葉
植物學(xué)家：從葉脈的密度、葉脈間距、小型葉脈分布區(qū)域數(shù)量決定了葉片的形狀。
為何宏觀的地貌與樹葉的微觀形貌會有如此的相似之處呢？
答案是：宏觀和微觀具有自相似性
大自然的獨特形狀是由什么因素控制的？
主要基因或成分決定的，同時也受外部環(huán)境的影響，如大氣的溫度、濕度、風(fēng)力等。
在材料科學(xué)領(lǐng)域，金屬晶體中相也有類似的形狀，如定向凝固工藝的柱狀（胞狀）晶，經(jīng)過浸蝕形成的晶界。
從宏觀到微觀同屬于一個世界，但是否共享相同的規(guī)律？
二、成因的探討
凝固(L-S)過程相的形態(tài)符合界面穩(wěn)定性理論：通過改變G、V來得到平面晶、胞狀晶、樹枝晶。出現(xiàn)高溫合金的定向凝固和單晶鑄造工藝，極大推動航空業(yè)的發(fā)展。
時效(S-S)過程析出相的形狀符合什么理論？
沿晶界析出的碳化物損害塑性而不連續(xù)粒狀析出時增加其強度和塑性。高溫合金中立方體的g￠比球狀g￠抗蠕變性能好。
因此研究沉淀相的生長形狀規(guī)律，對提高材料的性能有重要作用。
（未完待續(xù)）