结晶矿物学 02-晶体生长
晶体学中的晶体生长机理
晶体学中的晶体生长机理晶体生长是晶体学中的一个重要领域，研究晶体生长机理对于探索材料科学、地球科学、生物科学等方面都有着重要的意义。
晶体生长机理主要涉及晶体生长的基本原理、动力学规律、影响因素等方面，下面我们就一一进行深入探讨。
1.晶体生长的基本原理晶体是由无序的原子、分子或离子按一定的方式排列而成的，因此晶体生长就是把这些原子或分子有序地聚集到一起构建成晶体的过程。
不同的物种会在不同的条件下形成不同的结晶形态。
在晶体生长过程中，要满足一定的热力学和动力学条件，最终完成晶体形态的转化。
其中，热力学条件主要包括熔点、饱和溶解度、自由能等，而动力学条件则与晶体核形成、生长速率、晶面生长速率等因素有关。
2.晶体生长的动力学规律晶体生长的动力学规律可以根据各种动力学理论进行研究，如沉淀理论、界面扩散和溶液流体力学。
其中，沉淀理论是最基本的晶体生长理论，它认为晶体的生长是由过饱和度引起的，而沉淀物的形成则为晶体生长提供原料。
界面扩散指的是在固体和液体界面上，由于能量的差异，物质会发生扩散流动，从而促进晶体生长。
同时，溶液中也会存在着流体力学因素，如对流、振荡等，它们也会对晶体生长产生影响。
3.晶体生长的影响因素晶体生长过程中，影响晶体质量和形态的因素非常多。
其中，物理因素主要包括温度、溶液浓度、溶液pH值、气体压力等。
化学因素则与晶体的生长速率、晶体形态、晶体尺寸等方面有关。
此外，晶体生长还受到了生物、物理和地球环境等方面的影响。
在生物领域中，晶体生长被广泛应用于蛋白质晶体学领域，其中生物分子的晶体生长往往需要在理想的环境条件下进行。
而在地球科学领域中，晶体生长则被应用于岩石和矿物的研究中，通过分析矿物的生长环境，我们可以了解到地球历史的一些重要信息。
结论综上所述，晶体生长机理涉及了热力学、动力学、影响因素等许多方面。
了解晶体生长机理对于进一步发展晶体技术和探索材料科学等领域都有着重要的意义。
在未来的研究中，我们还需要结合材料科学、生物学、地球科学等领域中的问题，深入探讨晶体生长的规律和机制。
结晶学与矿物学-晶体生长简介
➋ 在一个晶体上，各晶面间相对的 生长速度与其本身的面网密度成反比。
即 面网密度越Βιβλιοθήκη 的晶面，其生长速度越慢；而 面网密度小的晶面的生长速度则快， 以至最终消失了。
∴ 晶体上得以保存下来的晶面 是面网密度大的晶面。
实际晶体为面网密度大的面网所包围。
小结：
1．重点： 晶体生长和晶面发育的3个基本理论：
按空间格子规律，自发地集结成体积达 一定大小但仍极其微小的微晶粒即晶核。
一、层生长理论
晶体的自限性是晶体在生长过程中
按格子构造中的某些原子面网逐层 平行生长的结果。
层生长理论：科塞尔-斯特兰斯基二维成核理论。
在理想条件下，晶体的生长过程是在晶核 的基础上先长完一条行列，再长相邻的行列，
长满一层面网，再开始长第二层面网， 逐层地向外平行推移。当生长停止时， 其最外层的面网便表现为实际晶面。
意义： 解释：
➊ 晶体自发地长成面平、棱直的
规则的凸几何多面体；(晶体的自限性)
➋ 矿物晶体的环带构造；
➌ 同种矿物的不同晶体对应晶面之间 的夹角不变；(面角守恒定律)
➍ 生长锥或砂钟状构造。
注意： 实际晶体生长并非完全按照 二维生长机制进行，往往一层未长完 另一层又开始生长。
(过饱和度或过冷却度低时)
这意味着，即使是在溶液的过饱和度很低
的情况下，晶体仍可以按螺旋生长机理 而不断地生长。
➋ 晶体按螺旋生长模型生长最终会 在晶面上形成各种各样的螺旋纹。
三、布拉维法则
晶体上的实际晶面 平行于对应空间格子中 面网密度大的面网，且面网密度越大， 相应晶面的重要性也越大。
注意：
➊ 晶面的重要性， 可由晶面本身的大小， 在各个晶体上出现的频数， 以及是否平行于解理面等来衡量。
第二章晶体生长的基本规律
2.螺旋生长理论
根据实际晶体结构的螺旋位错现象，提出了晶体 的螺旋生长理论。即在晶体生长界面上螺旋位错露头 点所出现的凹角及其延伸所形成的二面凹角可作为晶 体生长的台阶源，促进光滑界面上的生长，这种台阶 永不消失，不需要形成二维核。
螺旋位错的形成
在晶体生长过程中，由于杂质或热应力的不均匀 分布，在晶格内产生力内应力，当此力超过一定限度时， 晶格便沿某个面网发生相对剪切位移，位移截止处形成一 条位错线，即螺旋位错。
晶体理想生长过程中质点堆积顺序的图解
假设晶核为由同一种原子组成的立方格子，其相邻 质点的间距为a
1—三面凹角
2－二面凹角
3－一般位置
质点的堆积顺序 三面凹角→二面凹角→一般位置
晶体的理想生长过程
晶体在理想情况下生长时，先长一条行
列，再长相邻的行列；在长满一层原子面后，
再长相邻的一层，逐层向外平行推移。
• 晶体成核
• 晶体生长的基本理论
• 晶面的发育 • 影响晶体形态的外因 • 晶体的溶解和再生长
§2.1形成晶体的方式
晶体是在物相转变的情况下形成的。物相有三种， 即气相、液相和固相。只有晶体才是真正的固体。由
气相、液相转变成固相时形成固体，固相之间也可以
直接产生转变。在一定条件下，物质从其它状态转变 为晶体，称为结晶作用。结晶作用是相变过程，伴随
只有△G足够大的体系，相变才会发 生，才会形成晶核。
以溶液情况为例，说明成核作用的过程
溶液中瞬间质点聚集形成结晶微粒，此微粒是否稳定存 在与能量有关 • 设单位体积溶液本身的自由能为g液
• 从溶液中析出的单位体积结晶相自由能为g晶
在不饱和溶液中，g液＜g晶，不会析晶； 在饱和溶液中，g液＞g晶，会不会析晶？ 一方面：结晶相析出，利于降低体系的总自由能
02晶体生长结晶学与矿物学讲解
准晶体 Quasicrystal：
Encyclopæ dia Britannica
quasicrystal, also called quasi-periodic crystal, matter formed atomically in a manner somewhere between the amorphous solids of glasses (special forms of metals and other minerals, as well as common glass) and the precise pattern of crystals. Like crystals, quasicrystals contain an ordered structure, but the patterns are subtle and do not recur at precisely regular intervorder，结晶学概念。指整体性的有序现象。 例如在一个单晶体的范围内,质点的有序分布延伸到整个晶格 的全部,亦即从整个晶体范围来看,质点的分布都是有序的。
教科书上（李胜荣，2012） 在晶体中若每种质点(黑点或圆圈)在整个图形中各自都呈现 规律的周期性重复。把周期重复的点用直线联结起来，可获 得平行四边形网格。可以想像，在三维空间，这种网格将构 成空间格子，这种在图形中贯彻始终的规律称为远程规律或 长程有序。
long-range order
McGraw-Hill Dictionary of Scientific & Technical Terms
2-2.2晶体生长理论部分全解
3．由固相直接转为固相
环境的变化可以引起矿物的成分在固态情况下产生改组， 使原矿物的颗粒变大或生成新的矿物。这种再结晶可有以下 几种情况： 1）同质多象转变 某种晶体在热力学条件改变时，转变为另一种在新条件 下稳定的晶体，它们在转变前后的成分相同，但晶体结构不 同。 2） 原矿物晶粒逐渐变大 如由细粒方解石组成的石灰石与岩浆接触时，受热结晶成 为由粗粒方解石晶体组成的大理岩。 3）固溶体分解 在一定温度下固熔体可以分解成为几种独立的矿物。 如由一定比例的闪锌矿和黄铜矿在高温时组成为均一相的固 熔体，而在低温时就分离为两种独立的矿物。
第一篇 矿物通论
适用专业：矿物加工工程
3）轴角 各晶轴之间有一定的夹角关系，结晶学中规定两个晶 轴正端的夹角称为轴角，分别用α、β、γ表示。
在三晶轴定向中
α=y∧z轴 β= z轴∧ x轴， γ= x轴∧ y轴
在四晶轴定向中
α = β= y轴∧ z轴= z轴∧ x轴= μ轴∧ z轴=90°
γ= x轴∧ y轴= y轴∧ μ轴= μ轴∧ x轴=120 °
工艺矿物学Ⅰ
第一篇 矿物通论
适用专业：矿物加工工程
层生长的特点
1．晶体常生长成面平、棱直的多面体形态。 2．在晶体生长过程中，环境会有变化，不同时刻生成的晶体 在物理性质和成分等方面可能有细微的变化，因而在晶体的 端面上常常可以看到带状构造，晶面是平行向外推移生长的。 3．由于晶面是平行向外推移生长的，所以同种矿物不同晶体 上对应晶面间的夹角不变。 4．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。
理想晶体的生长过程
在晶芽的基础上，落入质点根据引力大小落在相应位
置，长完一条行列再长相邻的行列，长满一层面网再长相 邻的面网，整个面网成层向外平移。 当晶体停止生长时，其最外层的面网就是实际晶面。 每两个相邻面网相交的公共行列就是实际晶棱。 整个晶体被晶面包围，形成占有一定空间的封闭几何多 面体形态，表现出晶体的 自限性。
晶体生长原理
晶体生长原理晶体生长是指晶体在适当条件下从溶液或气相中吸收物质并逐渐增大的过程。
晶体生长是固体物理学和化学中的一个重要研究领域，对于材料科学、地质学、生物学等领域都具有重要意义。
晶体生长的原理涉及到热力学、动力学、表面化学等多个方面的知识，在实际应用中也有着广泛的应用价值。
晶体生长的原理可以归纳为以下几个方面：1. 原子或分子的扩散。
晶体生长的第一步是溶液或气相中的原子或分子通过扩散运动到达晶体表面。
这一过程受到温度、浓度梯度、表面形貌等多种因素的影响。
原子或分子在溶液或气相中的扩散速率决定了晶体生长的速度和形貌。
2. 晶体表面的吸附和解吸。
当原子或分子到达晶体表面时，它们会发生吸附和解吸的过程。
吸附是指原子或分子附着在晶体表面，解吸则是指原子或分子从晶体表面脱离。
吸附和解吸的平衡状态决定了晶体表面的活性，进而影响晶体生长的速率和形貌。
3. 晶体生长的动力学过程。
晶体生长的动力学过程包括原子或分子在晶体表面的扩散、吸附、解吸等过程，以及晶体内部的结构调整和排列。
这一过程受到温度、浓度、界面能等因素的影响，对晶体生长的速率和形貌起着决定性作用。
4. 晶体生长的形貌控制。
晶体生长的形貌受到晶体生长条件和晶体本身特性的影响。
在实际应用中，通过调控溶液或气相中的成分、温度、pH值等条件，可以实现对晶体生长形貌的控制，获得特定形状和尺寸的晶体。
总的来说，晶体生长是一个复杂的过程，受到多种因素的影响。
在实际应用中，通过深入研究晶体生长的原理，可以实现对晶体生长过程的控制，获得具有特定形貌和性能的晶体材料，为材料科学和其他领域的发展提供重要支持。
同时，对晶体生长原理的深入理解也有助于揭示自然界中晶体的形成和演化规律，对地质学、生物学等领域的研究具有重要意义。
矿石的晶体学和晶体生长机制
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温度：影响晶体的生长速度和结晶度
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压力：影响晶体的生长速度和结晶度
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溶液浓度：影响晶体的生长速度和结晶度
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杂质：影响晶体的生长速度和结晶度
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晶体生长环境：影响晶体的生长速度和结晶度
矿石的晶体生长实验研究方法
04
实验设备与技术
实验设备：包括显微镜、电子显微镜、X射线衍射仪等
矿石的晶体学和晶体生长机制
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汇报人：
目录
矿石的晶体学基础
矿石的晶体生长机制
矿石的晶体生长影响因素
矿石的晶体生长实验研究方法
矿石的晶体生长应用与前景
矿石的晶体学基础
01
晶体定义与分类
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晶体：具有规则几何形状和周期性结构的固体
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晶体分类：单晶、多晶、准晶、非晶
添加标题
单晶：由一个晶胞组成的晶体
技术方法：包括扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射等
实验步骤：包括样品制备、实验操作、数据分析等
实验结果：包括晶体生长速度、晶体形态、晶体结构等
实验过程与操作
实验材料准备：选择合适的矿石样品，准备实验仪器和设备
01
02
实验步骤：按照实验方案进行，包括样品处理、晶体生长、观察和记录等步骤
实验结果分析：对实验结果进行分析，得出结论
添加标题
多晶：由多个晶胞组成的晶体
添加标题
准晶：具有非周期性结构的晶体
添加标题
非晶：没有规则几何形状和周Hale Waihona Puke 性结构的固体晶体结构与性质
晶体结构与性质的关系：矿石的晶体结构与其性质密切相关，不同的晶体结构具有不同的性质
结晶学 第二章 晶体生长简介
第二章 晶体生长简介
一、成核
成核是一个相变过程，即在母液相中形成固相小晶 芽，这一相变过程中体系自由能的变化为： ΔG=ΔGv+ΔGs 式中△Gv为新相形成时体自由能的变化，且△Gv＜ 0, △GS为新相形成时新相与旧相界面的表面能，且 △GS＞0。 也就是说，晶核的形成，一方面由于体系从液相转 变为内能更小的晶体相而使体系自由能下降，另一 方面又由于增加了液 - 固界面而使体系自由能升高。
层生长过程
但是，实际晶体生长不可能达到这么理想的情况，也可能 一层还没有完全长满，另一层又开始生长了，这叫阶梯状生长， 最后可在晶面上留下生长层纹或生长阶梯。 阶梯状生长是属于层生长理论范畴的。
总之，层生长理论的中心思想是：晶体生长过程是晶面层 层外推的过程。 但是，层生长理论有一个缺陷：当将这一界面上的所有 最佳生长位置都生长完后，如果晶体还要继续生长，就必须在 这一平坦面上先生长一个质点，由此来提供最佳生长位置。这 个先生长在平坦面上的质点就相当于一个二维核，形成这个二 维核需要较大的过饱和度，但许多晶体在过饱和度很低的条件 下也能生长，为了解决这一理论模型与实验的差异，弗兰克 (Frank)于1949年提出了螺旋位错生长机制。
只有当ΔG ＜0时，成核过 程才能发生，因此，晶 核是否能形成，就在于 ΔGv与ΔGs的相对大小。 见图8-1: 体系自由能由升高到 降低的转变时所对应 的晶核半径值rc称为 临界半径。
思考：怎么理解在晶核很小时表面能大于体自由能， 而当晶核长大后表面能小于体自由能？
晶体生长及其形成机理研究
晶体生长及其形成机理研究晶体是一种几何有序的固体物质，具有非常广泛的应用领域，包括电子、材料、计算机、化学、医学等方面。
晶体的生长和形成机理是研究晶体学的重要内容，其研究对于深入理解晶体结构、优化晶体生长、控制晶体结构和性质等方面具有重大的科学和实用价值。
一、晶胞与晶体的初步认识晶体是由晶胞有序重复构成的、具有长程周期性的结构。
晶胞是晶体中最小的、具有一定几何形状的重复单元，它的三个边长分别被称为a、b、c，且相互垂直，构成一个立方体，其中各个角的大小为90度。
由此可见，晶胞起着非常重要的作用，其大小和形状直接决定晶体的形态、尺寸和性质。
二、晶体生长的基本原理晶体生长是晶体学中的一个重要分支，其研究内容主要包括晶体生长的动力学过程、生长机理与生长控制等方面。
晶体生长的基本原理是晶核生长及晶面生长两种基本形式的相互作用，以及溶液中材料的传输和相互作用过程。
（一）晶核生长晶核是晶体生长的起点，在溶液中产生晶核的过程称为“成核”。
晶核的产生受到多种因素的影响，并且随着温度、浓度、溶液性质的变化而发生变化。
一般来说，当溶液达到过饱和度时，就能出现晶核，并且随着过饱和度的提高，晶核的数目也会随之增加。
此外，播种、温度、搅拌等因素也会对晶核产生影响。
（二）晶面生长晶体生长的另一个重要形式是晶面生长，它是指晶体基面上多个晶核表面相互扩展，逐渐形成具有一定方向性和形态特征的晶面。
晶面生长受到各种因素的影响，包括晶体的晶格结构、晶面间的相互作用、溶液的物理化学性质等等。
（三）溶液中材料的传输和相互作用在晶体生长过程中，晶核和晶面是通过溶液中物质传输和相互作用来完成的。
在溶液中，材料的传输可以通过扩散、迁移、对流等方式实现。
此外，还存在各种化学反应、迁移等相互作用，这些相互作用都会对晶体生长产生不同的影响。
三、晶体生长的控制方法晶体生长的控制方法是指通过调整生长参数、溶液组成以及添加控制剂等措施，来控制晶核和晶体的分布、生长速率、形态等方面，以实现对晶体生长和性质的控制和调节。
晶体生长方法简介
结晶分两种，一种是降温结晶，另一种是蒸发结晶。
01
降温结晶：首先加热溶液，蒸发溶剂成饱和溶液，此时降低热饱和溶液的温度，溶解度随温度变化较大的溶质就会呈晶体析出，叫降温结晶。
02
蒸发结晶：蒸发溶剂，使溶液由不饱和变为饱和，继续蒸发，过剩的溶质就会呈晶体析出，叫蒸发结晶。
03
结晶
晶体生长（crystal growth ）
1
均匀性：晶体内部各个部分的宏观性质是相同的。
2
各向异性：晶体中不同的方向上具有不同的物理性质。
3
对称性：晶体的理想外形和晶体内部结构都具有特定的对称性。
4
自限性：晶体具有自发地形成封闭几何多面体的特性。
5
解理性：晶体具有沿某些确定方位的晶面劈裂的性质。
6
最小内能：成型晶体内能最小。
7
晶面角守恒：属于同种晶体的两个对应晶面之间的夹角恒定不变。
因此，水热法逐渐发展成为溶剂热法。 一般情况下，对于稀土金属人们习惯使用水做溶剂，对于过渡金属人们习惯使用DMF和醇做溶剂，但需具体问题具体分析。
1
2
溶剂热法
在有机溶剂中进行的反应能够有效地抑制产物的氧化过程或水中氧的污染；
由于较低的反应温度，反应物中结构单元可以保留到产物中，且不受破坏，同时，有机溶剂官能团和反应物或产物作用，生成某些新型在催化和储能方面有潜在应用的材料；
晶体生长方法
1.水热法 2.溶液法
人工合成晶体的主要途径是从溶液中培养和在高温高压下通过同质多相的转变来制备(如用石墨制备金刚石)等。具体方法很多，下面简要介绍几种最常用的方法。
晶体生长方法
2.1.挥发法 2.2.扩散法
2.2.1.液液扩散 汽液扩散
晶体生长方法简介
05
晶体生长的前沿和挑战
Chapter
晶体生长的前沿和挑战
• 晶体生长是一个复杂的过程，涉及到多个因 素和步骤。为了更好地理解和控制晶体生长 ，需要对其研究前沿和挑战有深入的认识。
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光学晶体：通过固相法可以 制备高质量的光学晶体，如 蓝宝石、石英等，用于光学 器件和激光器等领域。
功能陶瓷：利用固相法晶体 生长技术，可以制备具有特 殊功能（如压电、铁电、热 电等）的陶瓷材料。
这些应用实例体现了固相法 晶体生长在材料科学和工程 技术领域的重要性。通过不 断优化生长条件和技术手段 ，可以进一步拓展固相法晶 体生长的应用范围和提高晶 体质量。
籽晶法
通过提供一个籽晶作为生 长核，在适宜的条件下， 使晶体从籽晶开始逐渐生 长。
熔融法
将原料加热至熔融状态， 然后在控制条件下慢慢冷 却，从而在熔融固体中形 成晶体。
气相沉积法
通过气相反应在固相基底 上沉积晶体材料，进而实 现晶体的生长。
固相法晶体生长应用与实例
半导体材料：固相法晶体生 长在半导体材料制备中具有 广泛应用，如硅、锗等半导 体的单晶生长。
气相法晶体生长应用与实例
1 2
半导体工业
化学气相沉积用于生产大面积、高质量的硅、锗 等半导体材料晶体，满足电子器件的需求。
光学涂层
物理气相沉积用于制备光学薄膜和涂层，如增透 膜、高反膜等，提高光学元件的性能。
3
纳米材料合成
通过控制气相法中的生长条件，可以合成具有特 定形貌和尺寸的纳米晶体，应用于催化、生物医 学等领域。
以上这些方法各有特点，适用于不同类型的晶体 和生长条件。在实际应用中，需要根据具体需求 和条件选择合适的方法来进行晶体生长研究。
材料科学中的晶体生长理论与技术
材料科学中的晶体生长理论与技术进入21世纪以来，随着科技的不断进步，材料科学成为一个越来越重要的领域。
晶体生长理论和技术更是材料科学中最重要的方面之一。
本文就探讨晶体生长理论和技术的相关内容。
一、晶体生长理论晶体生长是指在水或其他适当溶解液中，将溶解的原料分子和原先已经结晶的晶粒加热至临界温度，然后使其在熔体中重新结晶形成新的单晶，这个过程就是晶体生长。
晶体生长理论主要包括两个方面：核生成和晶面生长。
1.核生成晶体生长的核生成过程是指在溶液或熔体中形成一个小的晶体颗粒。
对于凝聚态物质，一般晶体在生长之前都是先形成核。
核的形成是一个动力学过程，它涉及到体系的热力学和动力学特性。
晶体生长是从正常的物态向有序的晶体物态转化，因此核的生成是这个转化的初期阶段，它对于整个过程是至关重要的。
2.晶面生长晶面生长是一种以晶体表面为基础的结晶生长方式。
晶面作为晶体生长过程的基础，其构成元素是“原子层面”，形成时它必须具备一定的“晶格结构”，这种结构又称为“晶面构造”。
晶面构造是晶体生长中非常重要的结构，因为它决定了晶体的结晶方向、晶格常数以及合成材料的性质。
二、晶体生长技术随着晶体生长理论的不断发展，伴随而来的是各种晶体生长技术的不断出现。
这些技术可以大致分为以下几大类。
1.质量曲线法质量曲线法是一种依据晶体生长过程中质量与温度的关系研究晶体生长的方法。
这种方法涉及到温度变化的实验，实验结果可以通过相对应的质量曲线来表述。
利用这种方法可以了解晶体生长过程中晶面扩散的机制和动力学参数。
2.气相扩散法气相扩散法是指利用气相中的物质沉积在正在生长的晶体表面上来做成晶体的方法。
这种方法有着较好的控制能力和生长条件，可以生长出高纯度、高质量的单晶。
3.溶液法溶液法是指在溶液中直接生长出单晶的方法。
这种方法较为简单，操作容易，可以生长出高品质的晶体。
溶液法是目前用得最广泛的方法之一。
4.熔岩法熔岩法是指将熔态物质缓慢降温，使其结晶成晶体。
矿物学中的晶体生长与矿物变质学
矿物学中的晶体生长与矿物变质学矿物学是地球物理学和地质学的重要领域，它广泛地研究各种矿物的成分、结构和性质，是探究自然界中物质的构成和变化的一门重要科学。
其中，晶体生长与矿物变质学是矿物学中的两个重要分支，本文将探讨这两个分支的基本概念、应用及研究前景等方面的内容。
一、晶体生长晶体是由一定类型、大小和形状的晶粒组成的，它是矿物学研究的核心对象。
晶体生长在矿物学中具有非常重要的地位，因为它关系到矿物的一些重要性质，如晶体结构、物理和化学性质等。
晶体生长是指一个物种或多个物种之间的自发聚集，形成一个有序的结晶体。
晶体生长是矿物学中的一项重要领域，它主要分为自然晶体生长和人工晶体生长两种。
自然晶体生长是指在地球自然环境下进行的晶体生长，包括岩石、矿物和有机晶体等。
自然晶体生长的机制和方式非常复杂，需要通过地质学、矿物学、化学等多学科知识交叉研究。
人工晶体生长是指在实验室中制造出来的人工晶体，通过控制实验条件、添加反应物等手段来实现。
人工晶体生长可以广泛应用于电子、光电子、冶金、材料科学等领域，并且是制造电子材料、半导体器件等高科技产品的重要基础。
二、矿物变质学矿物变质学是研究地壳变质作用及其产生的产物和成矿机制的学科。
矿物变质作用是指在地质作用下地壳中的岩石在压力、温度、化学条件等方面发生变化的过程。
这些变化通常会对岩石中的矿物、结构和性质产生显著的影响，最终形成新的岩石类型和矿产物。
矿物变质学是研究地球深处的变质作用和岩石变化产物的成分和性质。
它主要涉及到变质产物矿物、岩石类型、成分、结构、化学组成等方面的知识和信息。
研究人员可以通过对变质环境中的岩石、矿物等进行实验室模拟和分析鉴定，揭示某种变质作用的形成机制和演化规律。
矿物变质学是一个跨学科的研究领域，其主要包括矿物学、岩石学、地球化学、地质学等学科。
在矿物变质学研究中，一些先进的技术（如SEM、XRD、EPMA等）也被广泛应用于分析岩石、矿物和矿产。
《结晶学与矿物学》课程笔记
《结晶学与矿物学》课程笔记第一章：晶体及结晶学一、引言1. 晶体的定义- 晶体是一种固体物质，其内部原子、离子或分子在三维空间内按照一定的规律周期性重复排列，形成具有长程有序结构的物质。
- 晶体的特点是在宏观上表现出明确的几何外形和物理性质的各向异性。
2. 结晶学的定义- 结晶学是研究晶体的形态、结构、性质、生长和应用的科学。
- 它是固体物理学、化学和材料科学的一个重要分支。
3. 晶体与非晶体的区别- 晶体：具有规则的内部结构和外部几何形态，物理性质各向异性。
- 非晶体（如玻璃）：内部结构无规则，没有长程有序，物理性质各向同性。
二、晶体的基本特征1. 几何外形- 晶体通常具有规则的几何外形，如立方体、六方柱、四方锥等。
- 几何外形是由晶体的内部结构决定的。
2. 晶面、晶棱和晶角- 晶面：晶体上平滑的平面，由晶体内部的原子平面构成。
- 晶棱：晶面的交线，由晶体内部的原子线构成。
- 晶角：晶棱之间的夹角，由晶体内部的原子角构成。
3. 晶面指数、晶棱指数和晶角指数- 晶面指数：用来表示晶面在晶体中的位置和方向的符号。
- 晶棱指数：用来表示晶棱在晶体中的位置和方向的符号。
- 晶角指数：用来表示晶角的大小和方向的符号。
4. 物理性质各向异性- 晶体的物理性质（如电导率、热导率、折射率等）随方向的不同而变化。
- 这是因为晶体内部原子的排列在不同方向上有所不同。
三、晶体的分类1. 天然晶体与人工晶体- 天然晶体：在自然界中形成的晶体，如矿物、岩石等。
- 人工晶体：通过人工方法在实验室或工业生产中制备的晶体。
2. 单晶体与多晶体- 单晶体：整个晶体内部原子排列规则一致，具有单一的晶格结构。
- 多晶体：由许多小晶体（晶粒）组成的晶体，晶粒之间排列无序。
3. 完整晶体与缺陷晶体- 完整晶体：内部结构完美，没有缺陷的晶体。
- 缺陷晶体：内部存在点缺陷、线缺陷、面缺陷等结构缺陷的晶体。
四、晶体的生长1. 晶体生长的基本过程- 成核：晶体生长的起始阶段，形成晶体的核。
化学技术中的晶体生长与结晶技术
化学技术中的晶体生长与结晶技术晶体是物质存在的一种形态，它具有高度有序的排列结构和规则的几何形状。
在化学技术中，晶体生长和结晶技术是非常重要的。
本文将从晶体生长的基本原理、晶体生长控制与优化、结晶技术的应用等方面进行探讨。
一、晶体生长的基本原理晶体生长是指在适当的条件下，溶液或熔体中的溶质形成晶体的过程。
晶体生长的基本原理可以从溶解度和过饱和度两个方面来理解。
溶解度是指在一定温度下，溶剂可以溶解的溶质的量。
当溶质的浓度超过溶解度时，就会形成过饱和溶液。
过饱和度是指溶液中溶质浓度超过平衡浓度的程度。
在过饱和溶液中，溶质会发生核化反应，形成微小的晶核。
接着，这些晶核会长大并形成晶体，最终沉淀下来。
晶体生长的速度取决于晶核的数量和大小，以及溶液中溶质浓度过饱和度的程度。
二、晶体生长的控制与优化为了控制和优化晶体的生长过程，必须考虑以下几个因素：1. 适当的溶剂选择：不同物质在不同溶剂中的溶解度不同，选择适当的溶剂可以提高晶体生长的效果。
2. 温度控制：温度对晶体生长起着至关重要的作用。
适当的温度可以控制晶体生长速率和晶体质量。
3. pH值控制：溶液的酸碱度对晶体生长也有重要影响。
调节溶液的pH值可以控制晶体的形态和纯度。
4. 增溶剂的使用：增溶剂是指能够提高溶解度的溶剂。
适当的增溶剂使用可以增大晶体生长的尺寸和提高晶体的质量。
5. 搅拌和核心产生：通过适当的搅拌可以促进溶质的均匀分布，形成更多的晶核并提高晶体生长速率。
三、结晶技术的应用结晶技术在化学技术中有广泛的应用。
下面列举几个常见的例子：1. 药物生产：药物的结晶过程对其品质和活性起着至关重要的作用。
通过优化结晶条件，可以得到高纯度和高活性的药物晶体。
2. 化纤行业：化纤是指以合成高分子为原料制成的纤维。
通过结晶技术，可以调控纤维的形态和性能。
3. 无机材料制备：例如，锂离子电池材料、光电材料、金属材料等都可以通过结晶技术得到高质量的晶体。
4. 食品加工：像糖类、盐类等食品原料都可以通过结晶技术来提取和纯化。
02-晶体生长(结晶学与矿物学)讲解
准晶体 Quasicrystal：
Encyclopæ dia Britannica
quasicrystal, also called quasi-periodic crystal, matter formed atomically in a manner somewhere between the amorphous solids of glasses (special forms of metals and other minerals, as well as common glass) and the precise pattern of crystals. Like crystals, quasiቤተ መጻሕፍቲ ባይዱrystals contain an ordered structure, but the patterns are subtle and do not recur at precisely regular intervals.
准晶体 Quasicrystal：
McGraw-Hill Science & Technology Encyclopedia：
Quasicrystal：A solid with conventional crystalline
properties but exhibiting a point-group symmetry inconsistent with translational periodicity. Like crystals, quasicrystals display discrete diffraction patterns, crystallize into polyhedral forms, and have long-range orientational order, all of which indicate that their structure is not random. But the unusual symmetry and the finding that the discrete diffraction pattern does not fall on a reciprocal periodic lattice suggest a solid that is quasiperiodic. Their discovery in 1982 contradicted a long-held belief that all crystals would be periodic arrangements of atoms or molecules.
晶体学中的晶体生长机制分析
晶体学中的晶体生长机制分析晶体生长是晶体学中一个重要的研究方向，它涉及到晶体的形成、发展和演化过程。
了解晶体生长机制对于深入理解晶体结构与性质之间的关系具有重要意义。
本文将从晶体生长的基本原理、影响因素以及研究方法等方面进行分析。
一、晶体生长的基本原理晶体生长是指无定形物质逐渐转变为有序晶体结构的过程。
晶体生长是在特定条件下，由原子、分子或离子按照一定的排列方式逐渐组装形成晶体。
晶体生长的基本原理可以概括为以下几点：1. 同质核形成：晶体生长始于同质核的形成。
在适当的条件下，溶液中的原子、分子或离子能够聚集成为一个小团簇，这个团簇就是同质核。
同质核的形成是晶体生长的起点。
2. 择优生长：同质核在溶液中吸附溶质，随着时间的推移，溶液中的物质会不断地附着在核表面上，导致晶体逐渐增长。
在晶体生长过程中，晶体的生长方向和速度往往与晶体表面的结构和溶质的浓度有关，晶体会优先沿着特定的方向生长，这就是择优生长。
3. 扩散控制：晶体生长的速率通常由物质在溶液中的扩散速率控制。
扩散是物质由高浓度区域向低浓度区域运动的过程，晶体的生长速率与扩散速率密切相关。
二、影响晶体生长的因素晶体生长的过程受到多种因素的影响，下面介绍几个主要的因素：1. 溶液浓度：溶液中物质的浓度是影响晶体生长速率的重要因素。
当溶液中物质的浓度较高时，晶体生长速率通常较快。
然而，过高的浓度也可能导致晶体生长出现缺陷。
2. 温度：温度对晶体生长速率有着显著的影响。
通常情况下，温度升高会加快晶体生长速率，因为高温有利于溶质分子的运动和扩散。
但过高的温度也可能引起结晶的失稳。
3. 溶液饱和度：溶液饱和度是指溶液中溶质浓度达到饱和状态的程度。
当溶液饱和度较高时，晶体生长速率通常较快。
溶液饱和度的变化可以通过调节溶解度和溶质浓度来控制。
三、研究晶体生长机制的方法为了深入研究晶体生长机制，科学家们采用了多种研究方法。
以下是几种常用的方法：1. 原位观察：通过光学显微镜等设备，可以直接观察晶体在实时中的生长过程。
晶体学《晶体生长》课件
第六章一、概念解释晶体生长学：研究晶体生长过程及其涉及的物理化学原理、实验设计等内容。
均匀成核：在体系内任何部位成核率相等。
非均匀成核：在体系中存在的外来质点（尘埃，固体颗粒，籽晶等），在外来质点上成核。
晶核：成为结晶生长中心的晶胚。
临界半径：体系自由能由升高到降低转变时所对应的晶核半径。
成核速度：在单位时间内，单位体积中所形成的核的数目称为成核速度。
二、填空题1、均匀成核是指在一个体系内，各处成核概率相等，这要克服相当大的表面势垒，即需要相当大的过冷度才能成核。
2、晶体形成的方式有气相转变为晶体、液相转变为晶体、固相转变为晶体。
3、影响晶体生长的外部因素有涡流、温度、杂质、结晶速度、粘度。
4、晶体的熔体生长过程中的热量输送主要包括辐射、传导、对流。
5、晶体在溶液中生长的质量输送方式为扩散，扩散的驱动力为溶液的浓度梯度。
6、晶体在溶液中生长的动量输送表现为流体的内部磨擦作用。
7、从熔体中生长单晶体的方式有直拉法、区熔法、外延法。
8、从低温溶液中生长单晶的方法有降温法、蒸发法、凝胶法。
三、论述题1、化学气相沉淀法的优缺点答：优点：（1）所得的薄膜或材料一般纯度很高，致密性好，且容易形成结晶定向好的材料、广范用于高纯材料和单晶材料的制备；（2）能在较低温度下制备难溶物质；（3）适应性广，便于制备各种单质或化合物材料以及各种复合材料。
缺点：（1）需在高温下反应，衬底温度高，沉积数率较低；（2）参加沉积反应的源和反应后的余气都有一定的毒性，因此应用不如真空蒸发镀膜和溅射镀膜广泛。
2、为什么再杂质容器壁上容易成核答：成核是一种相变过程，即母液中形成固相小晶芽的过程。
成核需要界面杂质和容器壁正好提供了界面，杂质越多，容器面越大，界面则越大。
成核过程也是越垒过程，越过垒才可以进行晶体生长，容器正是这个垒，所以在杂质、容器上更容易成核。
3、为什么人工合成晶体要放籽晶答：晶体需要晶核才能形成，籽晶正是晶体的晶核，晶体很小时表面能大于自由能，而籽晶能克服界面能，所以人工合成需要籽晶。
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中国大百科全书，1993： 准晶体：原子等呈定向长程有序排列，但不作周期性平移重复， 具有与空间格子不相容的对称（如五次对称轴）的固体。
准晶体是一种固体，但其内部即不像非晶质体那样完全无序的 分布，又不像晶体那样的三维周期性平移有序。准晶体是其内 部结构呈自相似的配位多面体在三维空间作长程取向有序分布 的固体 （罗谷风，2010）。
准晶体 Quasicrystal：
Encyclopæ dia Britannica
quasicrystal, also called quasi-periodic crystal, matter formed atomically in a manner somewhere between the amorphous solids of glasses (special forms of metals and other minerals, as well as common glass) and the precise pattern of crystals. Like crystals, quasicrystals contain an ordered structure, but the patterns are subtle and do not recur at precisely regular intervalsodic crystal, or, in short, quasicrystal, is a structure that is ordered but not periodic. A quasicrystalline pattern can continuously fill all available space, but it lacks translational symmetry（平移对称）. While crystals, according to the classical crystallographic restriction theorem, can possess only two, three, four, and six-fold rotational symmetries, the Bragg diffraction pattern of quasicrystals shows sharp peaks with other symmetry orders, for instance five-fold.
3.固相→结晶固相 ① 非晶固相→结晶固相 ② 结晶固相→结晶固相 同质多象转变 重结晶作用 固溶体分解 变质结晶
第二章 晶体生长理论
2-1 晶体的形成方式
1.液相→结晶固相
a) 熔体中结晶 b) 溶液中结晶 c) 蒸发结晶 d) 化学反应结晶
条件： a）降低温度-熔体过冷却 b）分散质达到过饱和 c）分散剂减少 d）化学反应生成不溶物质。
第二章 晶体生长理论
2-1 晶体的形成方式
2.气相—固相 条件：足够低的蒸气压
Quasicrystal Zn-Mg-Ho Diffraction
结晶学与矿物学
第二章 晶体生长理论
2-1 晶体的形成方式 2-2 晶核的形成 2-3 晶体生长模型 2-4 晶面的发育 2-5 影响晶体生长的外部因素 2-6 面角守恒定律
第二章 晶体生长理论
2-1 晶体的形成方式
晶体生长过程可以是： 1.液相→结晶固相 2.气相→结晶固相 3.固相→结晶固相
准晶体 Quasicrystal：
McGraw-Hill Science & Technology Encyclopedia：
Quasicrystal：A solid with conventional crystalline
properties but exhibiting a point-group symmetry inconsistent with translational periodicity. Like crystals, quasicrystals display discrete diffraction patterns, crystallize into polyhedral forms, and have long-range orientational order, all of which indicate that their structure is not random. But the unusual symmetry and the finding that the discrete diffraction pattern does not fall on a reciprocal periodic lattice suggest a solid that is quasiperiodic. Their discovery in 1982 contradicted a long-held belief that all crystals would be periodic arrangements of atoms or molecules.
Discrete diffraction pattern
(a) [110] diffraction pattern from LaCO3 crystal recorded by the SC200D CCD at camera length of 600mm, 200kV, full CCD 2x binning and 10sec exposure; (b) reversed contrast of left image.