《合成晶体》PPT课件.ppt

第五章 合成晶体,什么是晶体,物质是由原子、分子或离子组成的。当这些微观粒子在三维空间按一定的规则进行排列，形成空间点阵结构时，就形成了晶体。因此，具有空间点阵结构的固体就叫晶体。晶体又有单晶体和多晶体之分。单晶体就是由同一空间点阵结构贯穿晶体而成的；而多晶体却没有这种能贯穿整个晶体的结构，它是由许多单晶体以随机的取向结合起来的。,晶体的基本性质（通性）,自范性：自范性是指晶体在适当条件下可以自发地形成几何多面体的性质。即 晶面数+晶顶数=晶棱数+2 均一性：从同一方向观察，该方向上的宏观性质与观察的位置无关 各向异性：同一格子构造中，在不同方向上质点排列一般是不一样的，因此，晶体的性质也随方向的不同而有所差异，这就是晶体的异向性。,对称性：在晶体的外形上，也常有相等的晶面、晶棱和角顶重复出现。这种相同的性质在不同的方向或位置上作有规律地重复，就是对称性。晶体的格子构造本身就是质点重复规律的体现。最小内能：在相同的热力学条件下晶体与同种物质的非晶质体、液体、气体相比较，其内能最小。稳定性：晶体由于有最小内能，因而结晶状态是一个相对稳定的状态。这就是晶体的稳定性。,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。,相变过程和结晶的驱动力,气相生长熔体生长溶液生长,熔体生长,G=H-T S固液平衡时（Te）：G=H-Te S=0 H=Te S 温度为T时：G=H（Te-T）/Te,溶液生长,成核,在某种介质体系中，过饱和、过冷却状态的出现，并不意味着整个体系的同时结晶。体系内各处首先出现瞬时的微细结晶粒子。这时由于温度或浓度的局部变化，外部撞击，或一些杂质粒子的影响，都会导致体系中出现局部过饱和度、过冷却度较高的区域，使结晶粒子的大小达到临界值以上。这种形成结晶微粒子的作用称之为成核作用。介质体系内的质点同时进入不稳定状态形成新相，称为均匀成核作用。在体系内的某些局部小区首先形成新相的核，称为不均匀成核作用。,层状生长理论晶体常生长成为面平、棱直的多面体形态。在晶体生长的过程中，环境可能有所变化，不同时刻生成的晶体在物性(如颜色)和成分等方面可能有细微的变化，因而在晶体的断面上常常可以看到带状构造。它表明晶面是平行向外推移生长的。由于晶面是向外平行推移生长的，所以同种矿物不同晶体上对应晶面间的夹角不变。晶体由小长大，许多晶面向外平行移动的轨迹形成以晶体中心为顶点的锥状体称为生长锥或砂钟状构造。,合成晶体的方法和技术,人工晶体的制备实际上就是把组成晶体的基元（原子、分子或离子）解离后又重新使它们组合的过程。按照晶体组分解离手段的不同，人工晶体的制备有三大类。气相法-使晶体原料蒸发或挥发，包含有化学气相沉积与射频溅射两种方法。,熔融法-使晶体原料完全熔化，包含有提拉法、坩埚相对移动法、区熔法、基座法、冷坩埚法与焰熔法等。溶液法-使晶体原料溶解在溶液中，具体地包含有水溶液法、水热法与助熔剂法。水溶液法在常压下生长晶体，温度约为八、九十摄氏度；水热法是在高温高压下生长；而助熔剂法则是在常压高温下生长晶体。,气相法,升华法是气相法生长晶体的一种，其装置示意图如图所示。,熔融法,焰熔法，又称Verneuil法，是在1890年由法国科学家Verneuil发明的，用于生长人工宝石。,提拉法是被普遍采用的晶体生长方法。目前，使用最多的激光晶体Nd:YAG就是采用此法生长的。,水平区熔法实验装置示意图如图所示。该法的创始人是美国人Pfann，硅单晶生长初期的提纯即采用此法。,底部籽晶水冷法 实验装置如示意图。与提拉法相反，这种生长方法中坩埚上部温度高，下部温度低。,人工合成氧化锆即采用冷坩埚法，因为氧化锆的熔点高（2700），找不到合适的坩埚材料。此时，用原料本身作为“坩埚”进行生长。,溶液法,水溶液法的基本原理是将原料（溶质）溶解在水中，采取适当的措施造成溶液的过饱和状态，使晶体在其中生长。,水热法是一种在高温高压下从过饱和水溶液中进行结晶的方法。,