孿晶是指兩個(gè)晶體（或一個(gè)晶體的兩部分）沿一個(gè)公共晶面（即特定取向關(guān)系）構(gòu)成鏡面對(duì)稱的位向關(guān)系，這兩個(gè)晶體就稱為"孿晶"，此公共晶面就稱孿晶面。孿晶也可以由兩個(gè)或者兩個(gè)以上同種晶體構(gòu)成的、非平行的規(guī)則連生體，又稱雙晶。
概述
孿晶界可分為兩類，共格孿晶界(coherent twin boundary)和非共格孿晶界(incoherent twin boundary)。共格孿晶界是孿晶面上的原子同時(shí)位于兩個(gè)晶體點(diǎn)陣的結(jié)點(diǎn)上，為兩個(gè)晶體所共有，屬于自然地完全匹配是無(wú)畸變的完全共格晶面，它的界面能很低，約為普通晶界界面能的1/10，很穩(wěn)定，在顯微鏡下呈直線，這種孿晶界較為常見。非共格孿晶界是孿晶界相對(duì)于孿晶面旋轉(zhuǎn)一角度后形成的，此時(shí)，孿晶界上只有部分原子為兩部分晶體所共有，因而原子錯(cuò)排較嚴(yán)重，這種孿晶界的能量相對(duì)較高，約為普通晶界的1/2。
孿晶要素
孿晶要素是用來(lái)表征孿晶中單晶體方位間的對(duì)稱取向關(guān)系的假想幾何要素。它包括孿晶面、孿晶軸和孿晶中心。孿晶面是兩個(gè)晶體晶格中的一個(gè)相互等同且平行一致的公共面網(wǎng)，通過(guò)它，可使形成孿晶的兩個(gè)單晶體重合或者完全平行。孿晶軸是兩個(gè)晶體晶格中的一個(gè)相互等同且平行一致的公共行列，圍繞這條直線旋轉(zhuǎn)180°后，可使形成孿晶的兩個(gè)單晶體重合或者達(dá)到完全平行。孿晶中心為一假想的定點(diǎn)，通過(guò)它，可使形成孿晶的兩個(gè)單晶體重合或者達(dá)到完全平行，但在一般情況下，它只是一種派生的孿晶要素，故可以不予考慮。
接合面
接合面指孿晶中單晶體間相互接合的實(shí)際界面。孿晶中以接合面為界，其兩側(cè)單晶體的晶格互不連續(xù)。接合面可以呈階梯狀或者很不規(guī)則，亦可為一平面，且是兩單晶體中相互等同的一個(gè)公共面。接合面往往平行于單晶體中具簡(jiǎn)單指數(shù)的晶面，此時(shí)即可用該晶面的符號(hào)表示接合面的方向。但個(gè)別孿晶中，接合面也可能為一無(wú)理指數(shù)面。接合面可以與單晶體中的對(duì)稱面平行，但實(shí)際上更經(jīng)常的是與孿晶面重合，或者平行于孿晶軸。
孿晶律
孿晶律指孿晶中單晶體間相互連生的規(guī)律，由孿晶要素來(lái)表示，并經(jīng)常被命名為特定的名稱，如以特征礦物名稱、最初發(fā)現(xiàn)地名、孿晶的形狀或?qū)\晶面和接合面命名。
孿晶類型
孿晶類型可以根據(jù)單晶體間相互接合的特點(diǎn)、孿晶軸與接合面間的關(guān)系、孿晶形成時(shí)間以及孿晶的形成機(jī)理進(jìn)行分類。接觸孿晶、貫穿孿晶、反復(fù)孿晶（如聚片孿晶和輪式孿晶）、復(fù)合孿晶是根據(jù)單晶體間相互接合的特點(diǎn)分類的孿晶類型。正交孿晶、平行孿晶和混合孿晶是根據(jù)孿晶軸與接合面間的關(guān)系分類的孿晶類型。原生孿晶和次生孿晶是根據(jù)孿晶形成時(shí)間分類的孿晶類型。生長(zhǎng)孿晶、轉(zhuǎn)變孿晶、滑移孿晶和退火孿晶是按孿晶的形成機(jī)理分類的孿晶類型。
孿晶分布
孿晶在不同晶體和晶系中的分布并不一致。例如方解石、錫石、十字石等礦物的孿晶十分常見，但在大多數(shù)種類的晶體中并不會(huì)出現(xiàn)孿晶或者孿晶十分少見。孿晶在各晶系中的分布也不一致，屬于單斜晶系和正交晶系（斜方晶系）的孿晶最常見，此后依次為三斜晶系、三方晶系、立方晶系和四方晶系。六方晶系的孿晶則十分少見。這些現(xiàn)象與晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和晶系的對(duì)稱性密切相關(guān)。
孿晶的研究意義
孿晶的存在對(duì)于晶體的利用通常有害，但也有其研究意義。有些礦物常呈孿晶產(chǎn)出，孿晶是識(shí)別這些礦物的一個(gè)非常重要的特征，可據(jù)此判斷晶體在空間的方位。滑移孿晶的出現(xiàn)還具有成因上的意義。例如，水晶如果帶有道芬律孿晶，兩單晶體中電軸的正負(fù)端剛好相反，使壓電效應(yīng)的結(jié)果相互抵消，而不能用作壓電的材料；如果帶有巴西律孿晶，兩單晶體的旋光方向也剛好相反，就既不能用作壓電材料，也不能用作光學(xué)材料。少數(shù)孿晶，如水晶的道芬律孿晶，可由人工方法消除。
孿晶與光性礦物學(xué)
在顯微鏡下觀察礦物薄片時(shí)，可利用消光規(guī)律找出孿晶形狀，從而判斷礦物種類。
最新研究
2022年7月，中南大學(xué)粉末冶金國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王章維教授和李志明教授合作，在Nature（《自然》）子刊Nature Communications（《自然-通訊》）以論著形式在線發(fā)表了題為“高層錯(cuò)能復(fù)雜成分鋼中的高應(yīng)力孿晶（High stress twinning in a compositionally 情結(jié) steel of very high stacking fault 能量）”的最新研究成果。王章維教授為該論文的第一作者，王章維教授、李志明教授和南方科技大學(xué)文君副教授為論文共同通訊作者，論文的作者還包括南方科技大學(xué)的安豐超博士、中南大學(xué)粉末冶金國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室宋旼教授、德國(guó)馬普鋼鐵研究所Dirk Ponge博士和Dierk Raabe教授。中南大學(xué)粉末冶金國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為論文的第一單位。
參考資料 >