晶体生长-周樨讲义.pptVIP

一 晶体生长形态 1.晶体生长形态与晶面生长速率的关系 晶面生长速率:在单位时间内晶面（hkl）沿其法线方向向外平行推移的距离（d）。 晶体生长形态的变化来源于各晶面相对生长速率（比值）的改变。 结论 各晶面间相对生长速率与其面网密度的大小成反比,即面网密度越大的晶面其法向生长速度越慢；反之则快。 晶体生长到最后阶段而保留下来的主要晶面是具有面网密度较高，而面网间距dhkl较大的晶面。即一般是低指数晶面。 2.1.2 周期键链理论（PBC）－由键合能大小决定晶面生长速率 基本假设：在晶体生长过程中，于生长界面上形成一个键所需要的时间随着键合能的增加而减少，因而生长界面的生长速率随键合能的增加而增加。 PBC理论：晶体结构是由周期键链（PBC）所组成的，晶体生长最快的方向是化学键最强的方向，晶体生长是在没有中断的强键链（指在晶体生长过程中形成的强键）存在的方向上。 3.晶体生长速度对实际晶体的影响 3.1对实际晶体形状的影响 快速－－细长的柱状、针状和鳞片状的集合体，骸晶 由于晶体在极不平衡的状态下生长，晶体的界面上具有较大的表面能，自身亦不稳定，结果沿着某些晶棱或顶角方向生长而成骸晶。 缓慢－－近于平衡状态下生长,较完整的结晶多面体 3.2对实际晶体大小的影响 快速－－数量多而个体小，常形成不规则的粒状集合体 结晶的母体中形成较多的晶核，而且结晶作用在短时间内快速完成。 缓慢－－少而晶形完整，个体大 由于晶核之间互相吞并和几何淘汰，只有少数的晶核继续发育长大成晶体，而较小的晶芽将被正在生长着的晶体吸引，不断向其上粘附 3.3对实际晶体纯度的影响 快速－－包裹杂质，使纯度和完整性变差 缓慢－－近于平衡态，晶体较理想 二.晶体生长的输运过程 晶体生长的输运过程对其生长速率产生限制作用，并支配着生长界面的稳定性，对生长晶体的质量有极其重要的作用。 1.输运的类型 （1）热量输运 从熔体中生长单晶，靠热量输运实现。起限制生长速率的作用。 辐射 传导 对流 * * 晶体生长动力学 基础知识 周 樨 2004-12-25 晶体生长动力学 阐明晶体在不同生长条件下的生长机制，研究生长速 率与生长驱动力间的关系。 一 晶体生长形态 二 输运过程 三 生长界面的稳定性 四 界面结构模型 五 生长界面动力学 晶面生长速率之比对晶面相对大小的影响 1.一个晶面的生长速率比相邻晶面慢时，在晶体生长过程中其晶面总是逐渐扩大； a/b=cos ?/cos? 2.当b＝b3，b＝a/cosθ 时,SB不变，SA扩大； 3.如果其生长速率比较快而达到ba/cosθ的程度时，其晶面便有可能逐渐缩小，甚至最终被完全淹没而消失。 生长速度快的晶面在成长过程中被淹没而消失 4.但若两相邻晶面以锐角相交，则不论它们的生长速率之间关系如何，晶面永远不会消失。 晶面生长速率决定着晶体的外形，那么，各晶面生长速率不同，又是受什么控制的呢？ 面网密度： ABCDBC 对质点的引力：1 2 3 BCCDAB 面网密度越小的晶面优先生长， 面网密度大的则落后。 V BCVCDVAB 面网密度越小,其面网间距也小，从而相邻面网间的引力越大，因此优先生长。 2.影响晶面生长速率的因素 2.1内因－晶体结构 2.1.1 布拉维法则－由面网密度决定晶面生长速率 VFVSVK K面是易于消失的晶面。晶体生长的最终形态多为F面包围，其余的为S面。 晶面 F面 （flat faces） ：包含两个或两个以上的共面的PBC S面（stepped faces）：包含一个PBC K面（kinked faces）：不包含PBC PBC模型 2.2外因－环境相对晶体形态影响 2.2.1溶剂的影响 POM晶体不同的生长形态，可能是由于溶剂分子与某一晶面上溶质分子具有较强的选择性吸附作用，难于脱溶剂化，从而降低了该晶面的生长速度，其结果便引起了晶体生长形态的变化。 POM晶体的生长形态 （a）以环己酮为溶剂 （b）以二甲基甲酰胺为溶剂 （c）以二甲亚砜为溶剂 2.2.2环境相成分的影响 钇铁石榴石晶体从富Y2O3的助熔剂中生长,晶体形态主要 为{ 110 }单形,但从富Fe2O3的助熔剂中生长,晶体形态中显著 的突出为{211}单形。 2.2.3杂质的影响 在一定过饱和度下，溶液中的杂质较多的对生长起抑制作用，有时随杂质浓度的