第5章 晶体的合成.pptVIP

第5章晶 体 的 合 成 第一节 晶体概述 第二节 晶体的生长基础 第三节 晶体的合成 第一节 晶体概述 从远古时期，人们就对各种美丽的石头感兴趣，钻石、红宝石、蓝宝石、祖母绿、水晶等因其规则的外形，绚丽的色彩，让千千万万的人为之着迷甚至倾其所有来收藏。各种名贵的宝石，比如举世瞩目的非洲之星，成为帝王皇冠和权杖上的装饰物，成为权力与财富的象征。 与此同时，为什么这些“石头”会有着如此规则的外形、丰富多彩的颜色、闪闪发光的表面？ 各种奇妙的性质吸引人们对它们进行研究。 随着人们对于自然界认识的深入，更多具有规则多面体外形的矿石进入了人们的视野。它们被统一称为“晶体”。 对晶体电、光、磁性等各个方面的性质的研究极大地改变了人们的生活，从石英钟、手机、电视机、煤气灶、加湿器，到声纳、雷达以及神光工程、神舟飞船，都可以看见它们的身影。 晶体有着自然形成的多面体几何外形，这是晶体区别于非晶体的一个重要特点。 这一特点不是人工加工而形成的，玻璃等非晶体即使切割打磨成规则的形状，仍然还是非晶体。另外，晶体还有着固定的熔点，物理性质各向异性。 晶体的规则外形 晶体有着自发形成的、天然的规则几何多面体外形。 自发形成，说明这是形成晶体的物质的“本性”。在特定的环境中，形成规则的外形。这是由不依赖人工的内在驱动力决定的，是其内在结构的反映。 由晶体的格子构造会导致晶体的基本性质。 晶体的基本性质： ★自限性: 晶体能够自发地生长成规则的几何多面体形态。 ★均一性:同一晶体的不同部分物理化学性质完全相同。晶体是绝对均一性，非晶体是统计的、平均近似均一性。 ★异向性：同一晶体不同方向具有不同的物理性质。例如： 蓝晶石的不同方向上硬度不同。 思考： 均一性与异向性有矛盾吗？ 异向性与自限性有什么联系? ★对称性：同一晶体中，晶体形态相同的几个部分（或物理性质相同的几个部分）有规律地重复出现。例如下面的晶体形态是对称的： ★最小内能性：晶体与同种物质的非晶体相比，内能最小。晶体具有固定的熔点。 ★稳定性：晶体比非晶体稳定。 下面是两幅图片分别展示了晶体、非晶体与多晶体。 知道了晶体区别于非晶体的几个特性：自发形成的规则几何多面体的外形、固定的熔点（固体受热变成液体的温度），以及物理性质随方向而不同（各向异性）。这些是晶体的特点，也是晶体区别于非晶体的特性。 为什么晶体和非晶体有这样的区别？其微观机理是什么？晶体与非晶体结构上有什么不同导致了外形和物理性质的差异？ 晶体的一般性定义为：晶体（Crystal）是指内部质点(原子、离子或分子)在三维空间周期性地重复排列构成的固体物质。 晶体需求 信息技术需要大量的半导体材料、新型光电材料；信息技术向光电子、全光子化过渡，需要多种的、大量的、性能价格比高的人工晶体； 小型、微型全固体激光器进入产业化，需要大量的、性能价格比高的激光材料和配套的非线性光学晶体； 这些日益膨胀的需求必将大幅增加人们对于人工晶体的需求。 您是不是认为，各种新材料、新晶体仅仅是科研、生产、军工、高精密领域才能用到？您有没有想到，您的生活也应为各种功能晶体而发生了重大的变化？ 实际上，我们的整个社会生活已经离不开这些功能材料的帮助了。 您在看电视的时候，有没有想到电视显象管、高频头、甚至遥控器中会有各种功能材料在为您默默服务？ 天然晶体的不足 最初作为功能器件材料的晶体都是自然界中的各种天然晶体，比如电气石、水晶等，这些晶体为科技发展、社会生活应用以及军事工业等做出了巨大的贡献。 但是，随着科技进步和社会发展，人们对于功能晶体需求的数量越来越大，对于功能晶体性能要求也越来越高，自然界中出产的各种天然晶体逐渐不能满足人们的要求。 原因之一，是天然晶体作为地球亿万年来逐渐积累的自然资源，其储量是有限的。 原因之二，由于自然条件的自发性，天然晶体的纯净度和单晶性远不能和实验室和工厂中生产的人工晶体相比。 第三，地球在演化过程中条件属于自然条件，不可能生长出那些只有极端条件下才能生长的晶体。 人工晶体的分类 人工晶体的分类 人工晶体按照功能不同，可粗略分为半导体晶体，激光晶体，非线性光学晶体，光折变晶体，闪烁晶体，电光、磁光、声光调制晶体，压电晶体，红外探测晶体，光学晶体，双折射晶体，宝石晶体与超硬晶体等十二类。 压电晶体： 在外力作用下发生变形时，其表面产生电荷效应的晶体．可制成换能器、拾音器、振子