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《晶體生長機理及其培養(yǎng)分解課件.ppt》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、合成晶體2013.5.16一、從天然晶體到人工晶體晶體：構成物質(zhì)的原子、分子在空間作長程有序的排列，形成具有一定的點陣結構的固體。所謂長程有序就是由一些相同的質(zhì)點（基元）在空間有規(guī)則地作周期性的無限分布。即至少在微米級的范圍內(nèi)是有序的排列。這些質(zhì)點代表原子、離子、分子或基團。晶體分成天然晶體和人工晶體古代制鹽術國外最早由文字記載的人工合成晶體工作是1540年，勃林古西歐首先詳細記錄了硝石的濾取及其重結晶提純的過程。中國的晶體生長工作可追溯到一千多年以前，宋代程大昌所著《演繁露》記載道：“鹽已成鹵水，暴烈日，即成方印，潔白可愛，初小漸大，或數(shù)千印累累相連?！边@就是用蒸發(fā)法從過
2、飽和溶液中中生長食鹽晶體的方法。1.晶體應用和人工晶體的發(fā)展當物質(zhì)以晶體狀態(tài)存在時，將表現(xiàn)出其它物質(zhì)狀態(tài)所沒有的優(yōu)異的物理性能，因而是人類研究固態(tài)物質(zhì)的結構和性能的重要基礎。由于能夠實現(xiàn)電、磁、光、聲和力的相互作用和轉換，晶體還是電子器件、半導體器件、固體激光器件及各種光學儀器等工業(yè)的重要材料。被廣泛地應用于通信、宇航、醫(yī)學、地質(zhì)學、氣象學、建筑學、軍事技術等領域。2.人工晶體的分類二、晶體形成的科學1.相變過程1.從熔體中結晶當溫度低于熔點時，晶體開始析出，也就是說，只有當熔體過冷卻時晶體才能發(fā)生。如水在溫度低于零攝氏度時結晶成冰；金屬熔體冷卻到熔點以下結晶成金屬。由液相
3、轉變?yōu)楣滔鄰娜芤褐薪Y晶當溶液達到過飽和時，才能析出晶體。主要有以下幾種方式：溫度降低，由于一般溶質(zhì)的溶解度隨溫度的降低而降低，逐漸析出，也叫冷卻過飽和溶液法。溶劑蒸發(fā)，也叫自然揮發(fā)法。是指飽和或不飽和溶液中，隨著溶劑的揮發(fā)，溶質(zhì)逐漸析出。通過化學反應，生成難溶物質(zhì)。由氣相轉變?yōu)楣滔鄰臍庀嘀苯愚D變?yōu)楣滔嗟臈l件是要有足夠低的蒸汽壓。在火山口附近常由火山噴氣直接生成硫、碘或氯化鈉的晶體。雪花就是由于水蒸氣冷卻直接結晶而成的晶體。由固相再結晶為固相①同質(zhì)多相轉變：所謂同質(zhì)多相轉變是指某種晶體，在熱力學條件改變時轉變?yōu)榱硪环N在新條件下穩(wěn)定的晶體。它們在轉變前后的成分相同，但晶體結構不
4、同。②由固態(tài)非晶質(zhì)結晶：火山噴發(fā)出的熔巖流迅速冷卻，固結為非晶質(zhì)的火山玻璃。這種火山玻璃經(jīng)過千百年以上的長時間以后，可逐漸轉變?yōu)榻Y晶質(zhì)。2.晶核的形成(晶體的發(fā)生)②晶體的成長。晶核(亦稱晶芽):是晶體生長最原始的胚胎(生長點),是極微小的微晶粒，是晶體成長的中心。外來晶核，非自成的。例如人工合成水晶，就是在溶液中放入一個石英晶粒(籽晶)作為晶核。當過冷卻或過飽和度很高時,產(chǎn)生的晶核數(shù)目多;反之則少.晶體形成全過程包括兩個階段形成晶核的條件自發(fā)晶核(質(zhì)點聚合)①溶液過飽和②熔體過冷卻①形成晶核。3.晶體的成長實際上是晶核形成后，質(zhì)點按格子構造規(guī)律在晶核上不斷地堆積過程。晶體
5、生長的兩種主要理論：1.層生長理論:要討論的關鍵問題是:在一個面尚未生長完全前,在這一界面上找出最佳生長位置。晶體理想生長過程中質(zhì)點堆積順序的圖解123位置1-三面凹角;位置2-兩面凹角;位置3-一般位置圖表示質(zhì)點往晶芽上堆積時，在其表面只有三種可能的堆積位置1、2和3,分別稱為三面凹角、兩面凹角和一般位置.每種位置上因成鍵數(shù)目不同,新質(zhì)點就位后的穩(wěn)定程度亦不同。因此，最佳生長位置是三面凹角位，其次是兩面凹角位,最不容易生長的位置是平坦面。這樣，最理想的晶體生長方式就是:先在三面凹角上生長成一行，以至于三面凹角消失，再在兩面凹角處生長一個質(zhì)點，以形成三面凹角，再生長一行，重
6、復下去。位置最近質(zhì)點間的成鍵數(shù)新質(zhì)點就位后的穩(wěn)定程度1-三面凹角2-兩面凹角3-一般位置3(釋放出能量最大)2(釋放出能量較大)1(釋放出能量最小)最穩(wěn)定(最有利的生長位置)次穩(wěn)定(次有利的生長位置)不穩(wěn)定(最不利的生長位置)層生長過程結論:晶體在理想情況下生長時,一旦有三面凹角存在,質(zhì)點則優(yōu)先沿三面凹角位置生長一條行列;而當這一條行列長滿后,就只有兩面凹角了,質(zhì)點就只能在兩面凹角處生長,這時又會產(chǎn)生三面凹角位置,然后將重復上述過程生長相鄰行列;在長滿一層面網(wǎng)后,質(zhì)點就只能在任意的一般位置上生長,接著就會有兩面凹角產(chǎn)生,隨后又會有三面凹角的形成,再開始生長第二層面網(wǎng)。晶面(
7、最外層面網(wǎng))是平行向外推移生長的。這就是晶體的層生長理論。層生長理論可以解釋如下一些生長現(xiàn)象：（1）晶體的自限性—晶體常生長為面平、棱直的幾何多面體形態(tài)。（2）晶體斷面上的環(huán)帶構造—各個環(huán)帶代表了在晶體成長的不同階段中，由于介質(zhì)性質(zhì)或環(huán)境條件的某種變化,在晶體內(nèi)留下的當時晶形輪廓的痕跡。它表明晶體是平行向外推移生長的。（3）面角守恒定律—由于晶面是向外平行推移生長的，所以同種礦物不同晶體上對應晶面間的夾角不變。（4）生長錐或沙鐘構造—晶體由小長大,許多晶面向外平行移動的軌跡形成以晶體中心為頂點的錐狀體。普通輝石的沙
