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文檔簡介

1、 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 1.1.形成晶體的方式形成晶體的方式 2.2.晶體成核晶體成核 3.3.晶體生長的基本理論晶體生長的基本理論 4.4.晶面的發(fā)育晶面的發(fā)育 5.5.影響晶體形態(tài)的外因影響晶體形態(tài)的外因 6.6.晶體的溶解和再生長晶體的溶解和再生長 7.7.人工合成晶體人工合成晶體第二章第二章 晶體生長的基本規(guī)律晶體生長的基本規(guī)律2.12.1形成晶體的方式形成晶體的方式 晶體是在物相轉(zhuǎn)變的情況下形成的。物相有三種,晶體是在物相轉(zhuǎn)變的情況下形成的。物相有三種,即氣相、液相和固相。只有晶體才是真正的固體。由即氣相、液相和固相。只有晶體才是真正的固體。由氣相、液相轉(zhuǎn)變成固相時(shí)形成固體,固相之間也可

2、以氣相、液相轉(zhuǎn)變成固相時(shí)形成固體,固相之間也可以直接產(chǎn)生轉(zhuǎn)變。直接產(chǎn)生轉(zhuǎn)變。 在一定條件下,物質(zhì)從其它狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫w,稱為在一定條件下,物質(zhì)從其它狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫w,稱為結(jié)晶作用。結(jié)晶作用。結(jié)晶作用是相變過程,伴隨產(chǎn)生熱效應(yīng)。結(jié)晶作用是相變過程,伴隨產(chǎn)生熱效應(yīng)。1.1.氣氣- -固結(jié)晶作用固結(jié)晶作用條件:氣態(tài)物質(zhì)具有足夠低的蒸汽壓、處于較低的條件:氣態(tài)物質(zhì)具有足夠低的蒸汽壓、處于較低的溫度下。溫度下?;鹕搅芽p噴氣孔附近的自然硫沉積火山裂縫噴氣孔附近的自然硫沉積2.2.液液- -固結(jié)晶作用固結(jié)晶作用 1)1)從溶液中結(jié)晶從溶液中結(jié)晶條件:溶液過飽和。條件:溶液過飽和。 青海察爾汗鹽湖中鹽花結(jié)晶體青海

3、察爾汗鹽湖中鹽花結(jié)晶體2)2)從熔體中結(jié)晶從熔體中結(jié)晶 條件條件 :熔體過冷卻。:熔體過冷卻。天然熔體:巖漿。天然熔體:巖漿。人工熔體:金屬熔體、玻璃熔體等。人工熔體:金屬熔體、玻璃熔體等。天然熔體:巖漿天然熔體:巖漿3 3、固、固- -固結(jié)晶作用固結(jié)晶作用晶核:晶核:從結(jié)晶母相中析出,并達(dá)到某個臨界大從結(jié)晶母相中析出,并達(dá)到某個臨界大小,從而得以繼續(xù)成長的結(jié)晶相微粒。小,從而得以繼續(xù)成長的結(jié)晶相微粒。2.22.2晶核的形成晶核的形成晶體形成的一般過程是先生成晶核,而后再逐漸長大。晶體形成的一般過程是先生成晶核,而后再逐漸長大。成核作用:形成晶核的過程。成核作用:形成晶核的過程。晶體成核過程示

4、意圖以過飽和溶液情況為例,說明成核作用的過程以過飽和溶液情況為例,說明成核作用的過程設(shè)結(jié)晶相(胚芽)產(chǎn)生使自由能降低設(shè)結(jié)晶相(胚芽)產(chǎn)生使自由能降低G Gv v兩相界面表面能使自有能增加兩相界面表面能使自有能增加G Gs s體系總自由能的變化為體系總自由能的變化為G G G Gv v G Gs s設(shè)胚芽為球形,半徑為設(shè)胚芽為球形,半徑為r,r,則上式可表示為則上式可表示為G G(4/3)(4/3)r r3 3G Gv v0 0+4+4r r2 2G Gs s0 0G Gv v0 0為單位體積新相形成時(shí)自由能的下降為單位體積新相形成時(shí)自由能的下降G Gs s0 0為單位面積的新舊相界面自由能的增

5、加為單位面積的新舊相界面自由能的增加過飽和溶液中過飽和溶液中G G(4/3)(4/3)r r3 3G Gv v0 0+4+4r r2 2G Gs s0 0粒徑為粒徑為r rc c的胚芽為的胚芽為臨界晶核臨界晶核rc與溶液的過飽和度有關(guān),與溶液的過飽和度有關(guān),過飽和度越高,過飽和度越高, rc值越小,值越小,成核幾率越大。成核幾率越大。r rr rc c , ,G G隨隨r r增大而增大,胚芽易消失增大而增大,胚芽易消失r rc cr rr r0 0 , ,G G0 0,胚芽可存在,很難,胚芽可存在,很難長大長大r rr r0 0 , ,G=0G=0,胚芽可存在,可消失,胚芽可存在,可消失r r

6、r r0 0 , ,G G0 0,胚芽長大,胚芽長大rGcr0+-G Gv vG Gs sr0G成核作用成核作用分為:分為:1 1、均勻成核:在均勻無相界面的體系內(nèi),自發(fā)、均勻成核:在均勻無相界面的體系內(nèi),自發(fā)發(fā)生相變形成晶核發(fā)生相變形成晶核2 2、不均勻成核:晶核借助外來物質(zhì)的誘導(dǎo)產(chǎn)生、不均勻成核:晶核借助外來物質(zhì)的誘導(dǎo)產(chǎn)生如溶液中懸浮地雜質(zhì)微粒,容器壁如溶液中懸浮地雜質(zhì)微粒,容器壁上凹凸不平,或人為地放入籽晶或上凹凸不平,或人為地放入籽晶或成核劑等。成核劑等。晶核形成后,質(zhì)點(diǎn)繼續(xù)在晶核上堆積,體系晶核形成后,質(zhì)點(diǎn)繼續(xù)在晶核上堆積,體系的總自由能隨晶核的增大而下降,晶核得以不斷的總自由能隨晶

7、核的增大而下降,晶核得以不斷長大,晶體進(jìn)入生長階段。長大,晶體進(jìn)入生長階段。2.3晶體的生長晶體的生長介紹兩種被廣泛接受的理論。介紹兩種被廣泛接受的理論。 它是論述在晶核的光滑表面上生長一層原子面它是論述在晶核的光滑表面上生長一層原子面時(shí),質(zhì)點(diǎn)在界面上進(jìn)入晶格時(shí),質(zhì)點(diǎn)在界面上進(jìn)入晶格“座位座位”的最佳位的最佳位置置有有平坦面、兩面凹角位、三面凹角平坦面、兩面凹角位、三面凹角三種三種。 一層生長理論層生長理論晶體理想生長過程中質(zhì)點(diǎn)堆積順序的圖解晶體理想生長過程中質(zhì)點(diǎn)堆積順序的圖解1 1三面凹角三面凹角2 2二面凹角二面凹角3 3一般位置一般位置假設(shè)晶核為由同一種原子組成的立方格子,其相鄰假設(shè)晶核

8、為由同一種原子組成的立方格子,其相鄰質(zhì)點(diǎn)的間距為質(zhì)點(diǎn)的間距為a a質(zhì)點(diǎn)的堆積順序質(zhì)點(diǎn)的堆積順序三面凹角三面凹角二面凹角二面凹角一般位置一般位置晶體的理想生長過程晶體的理想生長過程 晶體在理想情況下生長時(shí),先長一條行晶體在理想情況下生長時(shí),先長一條行列,再長相鄰的行列;在長滿一層原子面后,列,再長相鄰的行列;在長滿一層原子面后,再長相鄰的一層,逐層向外平行推移。再長相鄰的一層,逐層向外平行推移。 生長停止后,最外層的面網(wǎng)就是實(shí)際晶生長停止后,最外層的面網(wǎng)就是實(shí)際晶面,相鄰面網(wǎng)的交棱是實(shí)際晶棱。整個晶體面,相鄰面網(wǎng)的交棱是實(shí)際晶棱。整個晶體成為被晶面包圍的幾何多面體。成為被晶面包圍的幾何多面體。

9、(1 1)晶體常生長成為面平、棱直的多面體形態(tài)。)晶體常生長成為面平、棱直的多面體形態(tài)。(2 2)晶體中的環(huán)帶構(gòu)造)晶體中的環(huán)帶構(gòu)造石英的帶狀構(gòu)造石英的帶狀構(gòu)造 此結(jié)論可解釋如下一些生長現(xiàn)象此結(jié)論可解釋如下一些生長現(xiàn)象藍(lán)寶石中的環(huán)帶藍(lán)寶石中的環(huán)帶(3 3)同種晶體的不同個體,對應(yīng)晶面間的夾角不變。)同種晶體的不同個體,對應(yīng)晶面間的夾角不變。(4 4)某些晶體內(nèi)部的沙鐘構(gòu)造)某些晶體內(nèi)部的沙鐘構(gòu)造普通輝石的生長錐普通輝石的生長錐(a)(a)和砂鐘狀構(gòu)造和砂鐘狀構(gòu)造(b)(b) 但是,實(shí)際晶體生長不可能達(dá)到這么理想但是,實(shí)際晶體生長不可能達(dá)到這么理想的情況,也可能一層還沒有完全長滿,另一層的情況,

10、也可能一層還沒有完全長滿,另一層又開始生長了,這叫又開始生長了,這叫階梯狀生長階梯狀生長,最后可在晶,最后可在晶面上留下生長層紋或生長階梯。面上留下生長層紋或生長階梯。 階梯狀生長階梯狀生長是屬于層生長理論范疇的。是屬于層生長理論范疇的。晶體生長過程模擬晶體生長過程模擬 根據(jù)實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)的螺旋位錯現(xiàn)象,提出根據(jù)實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)的螺旋位錯現(xiàn)象,提出了晶體的螺旋生長理論了晶體的螺旋生長理論。即在晶體生長界面上即在晶體生長界面上螺旋位錯露頭點(diǎn)所出現(xiàn)的凹角及其延伸所形成螺旋位錯露頭點(diǎn)所出現(xiàn)的凹角及其延伸所形成的的二面凹角二面凹角可作為晶體生長的可作為晶體生長的臺階源臺階源,促進(jìn)光,促進(jìn)光滑界面上的生長,這

11、種臺階永不消失?;缑嫔系纳L,這種臺階永不消失。二二. .螺旋生長理論螺旋生長理論形成螺旋位錯示意圖形成螺旋位錯示意圖 在晶體生長過程中,由于雜質(zhì)或熱應(yīng)力的不均勻分布,在晶體生長過程中,由于雜質(zhì)或熱應(yīng)力的不均勻分布,在晶格內(nèi)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力,當(dāng)此力超過一定限度時(shí),晶格便沿在晶格內(nèi)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力,當(dāng)此力超過一定限度時(shí),晶格便沿某個面網(wǎng)發(fā)生相對剪切位移,位移截止處形成一條位錯線,某個面網(wǎng)發(fā)生相對剪切位移,位移截止處形成一條位錯線,即即螺旋位錯螺旋位錯。螺旋位錯的形成螺旋位錯的形成晶體螺旋生長示意圖晶體螺旋生長示意圖 質(zhì)點(diǎn)先落在凹角處。隨著晶體的生長,凹角不質(zhì)點(diǎn)先落在凹角處。隨著晶體的生長,凹角不會隨質(zhì)點(diǎn)的

12、堆積而消失,僅僅是凹角隨質(zhì)點(diǎn)的堆積而不會隨質(zhì)點(diǎn)的堆積而消失,僅僅是凹角隨質(zhì)點(diǎn)的堆積而不斷地螺旋上升,導(dǎo)致斷地螺旋上升,導(dǎo)致整個晶面逐層向外推移。整個晶面逐層向外推移。螺旋生長過程模擬螺旋生長過程模擬SiCSiC晶體表面的生長螺旋紋晶體表面的生長螺旋紋 石墨底面上的生長螺紋石墨底面上的生長螺紋晶體生長所形成的幾何多面體外形,是由所晶體生長所形成的幾何多面體外形,是由所出現(xiàn)晶面的種類和它們的相對大小來決定的。哪出現(xiàn)晶面的種類和它們的相對大小來決定的。哪種類型的晶面出現(xiàn)及晶面的大小,本質(zhì)上受晶體種類型的晶面出現(xiàn)及晶面的大小,本質(zhì)上受晶體結(jié)構(gòu)所制,遵循一定規(guī)律。結(jié)構(gòu)所制,遵循一定規(guī)律。1、布拉維法則、

13、布拉維法則2、居里吳里佛原理、居里吳里佛原理3、周期鍵鏈理論、周期鍵鏈理論2.4晶面發(fā)育晶面發(fā)育一布拉維法則一布拉維法則 早在早在18851885年,法國結(jié)晶學(xué)家布拉維從晶體具有年,法國結(jié)晶學(xué)家布拉維從晶體具有空間格子構(gòu)造的幾何概念出發(fā),論述了實(shí)際晶面與空間格子構(gòu)造的幾何概念出發(fā),論述了實(shí)際晶面與空間格子構(gòu)造中面網(wǎng)之間的關(guān)系??臻g格子構(gòu)造中面網(wǎng)之間的關(guān)系。布拉維法則:布拉維法則:實(shí)際晶體往往為面網(wǎng)密度大的晶面所包圍實(shí)際晶體往往為面網(wǎng)密度大的晶面所包圍晶面生長速度:晶面在單位時(shí)間內(nèi)沿其法線方向向外晶面生長速度:晶面在單位時(shí)間內(nèi)沿其法線方向向外 推移的距離推移的距離結(jié)論:結(jié)論:面網(wǎng)密度大面網(wǎng)密度大

14、對生長質(zhì)點(diǎn)吸引力小對生長質(zhì)點(diǎn)吸引力小生長速度慢生長速度慢在晶形上保留在晶形上保留 面網(wǎng)密度小面網(wǎng)密度小對生長質(zhì)點(diǎn)吸引力大對生長質(zhì)點(diǎn)吸引力大 生長速度快生長速度快消失消失A AB BC CD DbABCDa132圖釋圖釋面網(wǎng)密度面網(wǎng)密度ABCDBCABCDBCab缺點(diǎn):缺點(diǎn):1. 1. 布拉維所依據(jù)的僅是由抽象的結(jié)點(diǎn)所組成的空間格布拉維所依據(jù)的僅是由抽象的結(jié)點(diǎn)所組成的空間格子,而非真實(shí)的晶體結(jié)構(gòu)。子,而非真實(shí)的晶體結(jié)構(gòu)。2. 2. 只考慮了晶體的本身,而忽略了生長晶體的介質(zhì)條只考慮了晶體的本身,而忽略了生長晶體的介質(zhì)條件。件。因此因此,在某些情況下可能會與實(shí)際情況產(chǎn)生一些偏離。,在某些情況下可能

15、會與實(shí)際情況產(chǎn)生一些偏離。 二居里吳里夫原理 18851885年居里年居里(P(PCurie)Curie)指出,在溫度、晶體體指出,在溫度、晶體體積一定時(shí),積一定時(shí),晶體生長的平衡態(tài)應(yīng)具有最小的表晶體生長的平衡態(tài)應(yīng)具有最小的表面能。面能。 居里吳里夫原理:居里吳里夫原理:對于平衡形態(tài)而言,晶對于平衡形態(tài)而言,晶面的生長速度與晶面的表面能成正比面的生長速度與晶面的表面能成正比 1901 1901年吳里夫進(jìn)一步擴(kuò)展了居里原理。年吳里夫進(jìn)一步擴(kuò)展了居里原理。三周期鍵鏈(PBC)理論 從晶體結(jié)構(gòu)的幾何特點(diǎn)和質(zhì)點(diǎn)能量兩方面來從晶體結(jié)構(gòu)的幾何特點(diǎn)和質(zhì)點(diǎn)能量兩方面來探討晶面的生長發(fā)育。探討晶面的生長發(fā)育。

16、此理論認(rèn)為此理論認(rèn)為在晶體結(jié)構(gòu)中存在一系列周期性在晶體結(jié)構(gòu)中存在一系列周期性重復(fù)的強(qiáng)鍵鏈,其重復(fù)特征與晶體中質(zhì)點(diǎn)的周期重復(fù)的強(qiáng)鍵鏈,其重復(fù)特征與晶體中質(zhì)點(diǎn)的周期性重復(fù)相一致,這樣的強(qiáng)鍵鏈稱為周期鍵鏈。性重復(fù)相一致,這樣的強(qiáng)鍵鏈稱為周期鍵鏈。F FF FF FS SS SS SK KF F面:形成一個強(qiáng)鍵,面:形成一個強(qiáng)鍵,放出較少鍵能,生長放出較少鍵能,生長速度慢速度慢S S面:形成兩個強(qiáng)鍵,面:形成兩個強(qiáng)鍵,放出鍵能高于放出鍵能高于F F面,生面,生長速度比長速度比F F面快面快K K面:形成三個強(qiáng)鍵,面:形成三個強(qiáng)鍵,放出鍵能最多,生放出鍵能最多,生長速度最快長速度最快結(jié)論:強(qiáng)鍵越少,晶面

17、生長速度慢,越容易成為主要晶面結(jié)論:強(qiáng)鍵越少,晶面生長速度慢,越容易成為主要晶面2.52.5影響晶體生長的外部因素影響晶體生長的外部因素1.1.渦流渦流 由于溶質(zhì)的析出和結(jié)晶潛熱的釋放,在生長由于溶質(zhì)的析出和結(jié)晶潛熱的釋放,在生長晶體周圍,溶液的密度相對下降,導(dǎo)致溶液上向晶體周圍,溶液的密度相對下降,導(dǎo)致溶液上向移動,稍遠(yuǎn)處的溶液補(bǔ)充進(jìn)來由此形成渦流。移動,稍遠(yuǎn)處的溶液補(bǔ)充進(jìn)來由此形成渦流。 渦流使生長晶體的物質(zhì)供應(yīng)不均勻渦流使生長晶體的物質(zhì)供應(yīng)不均勻。 溫度的變化直接導(dǎo)致了過飽和度或過冷卻溫度的變化直接導(dǎo)致了過飽和度或過冷卻度的變化,相應(yīng)的改變了晶面的比表面能及不度的變化,相應(yīng)的改變了晶面的

18、比表面能及不同晶面的相對生長速度,影響晶體形態(tài)。同晶面的相對生長速度,影響晶體形態(tài)。 2. 2.溫度溫度 例如,方解石(例如,方解石(CaCOCaCO3 3)晶體在溫度較高時(shí),呈晶體在溫度較高時(shí),呈扁平形態(tài);扁平形態(tài); 地表常溫下地表常溫下則長成細(xì)長晶體。則長成細(xì)長晶體。片狀輕質(zhì)碳酸鈣片狀輕質(zhì)碳酸鈣3.3.雜質(zhì)雜質(zhì) 溶液中雜質(zhì)常選擇性的吸附在某種晶面上。雜溶液中雜質(zhì)常選擇性的吸附在某種晶面上。雜質(zhì)的存在可以改變晶體上不同晶面的相對生長速度質(zhì)的存在可以改變晶體上不同晶面的相對生長速度, ,從而影響晶體形態(tài)。從而影響晶體形態(tài)。4.4.介質(zhì)粘度介質(zhì)粘度 粘度的加大,影響物質(zhì)的運(yùn)移和供給。由于晶粘度的

19、加大,影響物質(zhì)的運(yùn)移和供給。由于晶體的棱和角部分比較容易接受溶質(zhì),生長得較快,體的棱和角部分比較容易接受溶質(zhì),生長得較快,晶面的中心生長得慢,甚至完全不長,從而形成晶面的中心生長得慢,甚至完全不長,從而形成骸晶。骸晶。石鹽的骸晶石鹽的骸晶5.5.各組分的相對濃度各組分的相對濃度 對于化合物晶體,當(dāng)介質(zhì)中各組分的相對濃度發(fā)對于化合物晶體,當(dāng)介質(zhì)中各組分的相對濃度發(fā)生變化時(shí),會導(dǎo)致晶面生長速度的相對變化,從而生變化時(shí),會導(dǎo)致晶面生長速度的相對變化,從而影響晶形。影響晶形。 介質(zhì)富介質(zhì)富Al2O3介質(zhì)富介質(zhì)富Y2O3釔鋁榴石(釔鋁榴石(Y3Al5O12)的晶形)的晶形2.62.6晶體的溶解與再生晶體

20、的溶解與再生 1 1晶體的溶解晶體的溶解 把晶體置于不飽和溶液中晶體就開始溶解。由于把晶體置于不飽和溶液中晶體就開始溶解。由于角頂和棱與溶劑接觸的機(jī)會多,所以這些地方溶解得角頂和棱與溶劑接觸的機(jī)會多,所以這些地方溶解得快些,因而晶體可溶成近似球狀??煨?,因而晶體可溶成近似球狀。 晶面溶解時(shí),將首先在一些薄弱地方溶解晶面溶解時(shí),將首先在一些薄弱地方溶解出小凹坑,稱為蝕像。出小凹坑,稱為蝕像。思考思考: :晶面的溶解速度與晶面的面網(wǎng)密度有沒有關(guān)系?晶面的溶解速度與晶面的面網(wǎng)密度有沒有關(guān)系? 不同網(wǎng)面密度的晶面溶解時(shí),網(wǎng)面密度不同網(wǎng)面密度的晶面溶解時(shí),網(wǎng)面密度大的晶面先溶解,因?yàn)榫W(wǎng)面密度大的晶面網(wǎng)大

21、的晶面先溶解,因?yàn)榫W(wǎng)面密度大的晶面網(wǎng)面間距大,容易破壞。面間距大,容易破壞。2 2晶體的再生晶體的再生 破壞了的和溶解了的晶體處于合適的環(huán)破壞了的和溶解了的晶體處于合適的環(huán)境又可恢復(fù)多面體形態(tài),稱為晶體的再生境又可恢復(fù)多面體形態(tài),稱為晶體的再生. .晶體溶解時(shí),溶解速度是隨方向逐漸變化的,因晶體溶解時(shí),溶解速度是隨方向逐漸變化的,因而晶體溶解可形成近于球形;而晶體溶解可形成近于球形;晶體再生時(shí),生長速度隨方向的改變而突變因晶體再生時(shí),生長速度隨方向的改變而突變因此晶體又可以恢復(fù)成幾何多面體形態(tài)。此晶體又可以恢復(fù)成幾何多面體形態(tài)。注意注意溶解和再生不是簡單的相反的現(xiàn)象。溶解和再生不是簡單的相反的

22、現(xiàn)象。 從低溫溶液中生長晶體是一種最古老的方法。從低溫溶液中生長晶體是一種最古老的方法。 原理:原理:將原料(溶質(zhì))溶解在溶劑中,采取適當(dāng)措施造將原料(溶質(zhì))溶解在溶劑中,采取適當(dāng)措施造成溶液的過飽和狀態(tài),使晶體在其中生長。成溶液的過飽和狀態(tài),使晶體在其中生長。 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)(1 1)晶體在遠(yuǎn)低于熔點(diǎn)的溫度下進(jìn)行。)晶體在遠(yuǎn)低于熔點(diǎn)的溫度下進(jìn)行。 (2 2)降低粘度。)降低粘度。 (3 3)容易長成大塊的、均勻性良好的晶體。)容易長成大塊的、均勻性良好的晶體。 (4 4)在多數(shù)情況下,可直接觀察晶體生長。)在多數(shù)情況下,可直接觀察晶體生長。 缺點(diǎn):組分多,影響因素多,生長速度慢,周期長。缺點(diǎn):組分

23、多,影響因素多,生長速度慢,周期長。 具體方法很多,具體方法很多,比如降溫法,蒸發(fā)法。比如降溫法,蒸發(fā)法。1 1、 常溫溶液生長常溫溶液生長 2.7 2.7 人工合成晶體人工合成晶體2、高溫溶液法 原理:原理:高溫下從溶液或熔融鹽溶劑中生長晶體,可以使高溫下從溶液或熔融鹽溶劑中生長晶體,可以使溶質(zhì)相在遠(yuǎn)低于熔點(diǎn)的溫度下進(jìn)行。溶質(zhì)相在遠(yuǎn)低于熔點(diǎn)的溫度下進(jìn)行。 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)(1)(1)適用性強(qiáng)。只要找到適當(dāng)?shù)闹蹌?,就能生長適用性強(qiáng)。只要找到適當(dāng)?shù)闹蹌?,就能生長晶體。晶體。 (2 2)許多難熔化合物或在熔點(diǎn)極易揮發(fā)或高溫有相變,)許多難熔化合物或在熔點(diǎn)極易揮發(fā)或高溫有相變,不能直接從熔體中生長優(yōu)質(zhì)單

24、晶,助熔劑法由于溫度低,不能直接從熔體中生長優(yōu)質(zhì)單晶,助熔劑法由于溫度低,顯示出獨(dú)特的能力。顯示出獨(dú)特的能力。 缺點(diǎn):生長速度慢,不易觀察,助熔劑常常有毒。缺點(diǎn):生長速度慢,不易觀察,助熔劑常常有毒。 具體有緩冷法和水熱法。具體有緩冷法和水熱法。 水熱法水熱法 利用高溫高壓的水溶液使那些在大氣條件下不溶或難溶利用高溫高壓的水溶液使那些在大氣條件下不溶或難溶于水的物質(zhì)達(dá)到過飽和度而進(jìn)行晶體生長的方法??梢杂谒奈镔|(zhì)達(dá)到過飽和度而進(jìn)行晶體生長的方法??梢院铣伤?、剛玉、綠柱石等。合成水晶、剛玉、綠柱石等。晶體培養(yǎng)在高壓釜中晶體培養(yǎng)在高壓釜中進(jìn)行。上部為結(jié)晶區(qū),進(jìn)行。上部為結(jié)晶區(qū),懸掛有籽晶;下部為

25、懸掛有籽晶;下部為溶解區(qū),放置培養(yǎng)晶溶解區(qū),放置培養(yǎng)晶體的原料,釜內(nèi)填裝體的原料,釜內(nèi)填裝溶劑介質(zhì)。溶劑介質(zhì)。 緩冷法緩冷法高溫下,在晶體材料高溫下,在晶體材料全部熔融于助熔劑后,全部熔融于助熔劑后,緩慢降溫冷卻,使晶緩慢降溫冷卻,使晶體從飽和熔體中自發(fā)體從飽和熔體中自發(fā)成核并逐漸成長的方成核并逐漸成長的方法。法。3 3、熔融法、熔融法 從熔體中生長晶體是制備大單晶和特定形狀單晶從熔體中生長晶體是制備大單晶和特定形狀單晶最常用和最重要的一種方法。最常用和最重要的一種方法。 原理:原理:將生長晶體的原料熔化,在一定條件下使將生長晶體的原料熔化,在一定條件下使其凝固,變成單晶。其凝固,變成單晶。

26、優(yōu)點(diǎn):具有生長速度快,晶體的純度和完整性高優(yōu)點(diǎn):具有生長速度快,晶體的純度和完整性高等特點(diǎn)。等特點(diǎn)。 具體方法:具體方法:提拉法、坩鍋下降法、水平區(qū)熔法、提拉法、坩鍋下降法、水平區(qū)熔法、焰熔法等。焰熔法等。提拉法:提拉法:在一定的溫度場、提拉速度和旋轉(zhuǎn)速度在一定的溫度場、提拉速度和旋轉(zhuǎn)速度下,熔體通過籽晶生長,形成一定尺寸的單晶。下,熔體通過籽晶生長,形成一定尺寸的單晶。 4 4、氣相法、氣相法 原理:原理:擬將生長的晶體材料通過升華、蒸發(fā)、分解等轉(zhuǎn)為擬將生長的晶體材料通過升華、蒸發(fā)、分解等轉(zhuǎn)為氣相,然后通過適當(dāng)條件下使它成為飽和蒸氣,經(jīng)過冷凝氣相,然后通過適當(dāng)條件下使它成為飽和蒸氣,經(jīng)過冷凝

27、結(jié)晶。結(jié)晶。 優(yōu)點(diǎn):生長的晶體純度高;完整性好。優(yōu)點(diǎn):生長的晶體純度高;完整性好。 缺點(diǎn):生長速度慢;有一系列難以控制的因素,比如溫度,缺點(diǎn):生長速度慢;有一系列難以控制的因素,比如溫度,飽和比等。飽和比等。 主要分為:主要分為: 物理氣相沉積:物理氣相沉積:用物理凝聚的方法將多晶原料經(jīng)過氣相轉(zhuǎn)用物理凝聚的方法將多晶原料經(jīng)過氣相轉(zhuǎn)為單晶,如升華法。為單晶,如升華法。 化學(xué)氣相沉積:化學(xué)氣相沉積:通過化學(xué)過程將多晶原料經(jīng)過氣相轉(zhuǎn)為單通過化學(xué)過程將多晶原料經(jīng)過氣相轉(zhuǎn)為單晶,氣體合成法。晶,氣體合成法。 升華法:升華法: 在高溫區(qū)將材料升華,在高溫區(qū)將材料升華,然后輸送到冷凝區(qū)成為然后輸送到冷凝區(qū)成為飽和蒸氣,經(jīng)過冷凝成飽和蒸氣,經(jīng)過冷凝成晶體。晶體。 升華法生長速度慢,應(yīng)升華法生長速度慢,應(yīng)用于生長小塊晶體,薄用于生長小塊晶體,薄膜或晶須。膜或晶須。晶體生長過程實(shí)例晶體生長過程實(shí)例 提拉法提拉法是一種從熔融原料中生長晶體的方法。在是一種從熔融原料中生長晶體的方法。在受控條件下,使籽晶和熔體的交界面不斷進(jìn)行原受控條件下,使籽晶和熔體的交界面不斷進(jìn)行原子或分子的重新排列,隨降溫逐漸凝固而生長出子或分子的重新排列,隨降溫逐漸凝固而生長出單晶體。單晶體。1 1、多晶料的合成、多晶料的合成 化學(xué)原料除潮(保證配料準(zhǔn)確,去除所吸水分)化學(xué)原料

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