单晶,多晶,非晶,微晶,无定形,准晶
单晶、多晶、非晶以及多晶硅非晶硅电池的区别

单晶、多晶、非晶以及多晶硅非晶硅电池的区别晶体,非晶体,单晶,多晶的区别1.区别晶体非晶体?答:日常所见到的固体分为非晶体和晶体两大类,非晶体物质的内部原子排列没有一定的规律,当断裂时断口也是随机的,如塑料和玻璃等,而称之为晶体的物质,外形呈现天然的有规则的多面体,具有明显的棱角与平面,其内部的原子是按照一定的规律整齐的排列起来,所以破裂时也按照一定的平面断开,如食盐、水晶等。
2.区别单晶体和多晶体?答:有的晶体是由许许多多的小晶粒组成,若晶粒之间的排列没有规则,这种晶体称之为多晶体,如金属铜和铁。
但也有晶体本身就是一个完整的大晶粒,这种晶体称之为单晶体,如水晶和晶刚石。
3.单晶硅与多晶硅光伏电池的比较?答:单晶硅电池具有电池转换效率高,稳定性好,但是成本较高。
多晶硅电池成本低,转换效率略低于直拉单晶硅太阳能电池,材料中的各种缺陷,如晶界、位错、微缺陷,和材料中的杂质碳和氧,以及工艺过程中玷污的过渡族金属单晶硅、多晶硅、非晶硅太阳能电池的区别太阳能电池最早问世的是单晶硅太阳能电池。
硅是地球上极丰富的一种元素,几乎遍地都有硅的存在,可说是取之不尽,用硅来制造太阳能电池,原料可谓不缺。
但是提炼它却不容易,所以人们在生产单晶硅太阳能电池的同时,又研究了多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池,至今商业规模生产的太阳能电池,还没有跳出硅的系列。
其实可供制造太阳能电池的半导体材料很多,随着材料工业的进展、太阳能电池的品种将越来越多。
目前已进行研究和试制的太阳能电池,除硅系列外,还有硫化镉、砷化镓、铜铟硒等许多类型的太阳能电池,举不胜举,以下介绍几种较常见的太阳能电池。
单晶硅太阳能电池单晶硅太阳能电池是当前开发得最快的一种太阳能电池,它的构成和生产工艺已定型,产品已广泛用于宇宙空间和地面设施。
这种太阳能电池以高纯的单晶硅棒为原料,纯度要求99.999%。
为了降低生产成本,现在地面应用的太阳能电池等采纳太阳能级的单晶硅棒,材料性能指标有所放宽。
高分子的凝聚态结构
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c
a
六方 Hexagonal
a=bc,
a=b=90°,
g=120°
b
a
a
单斜 Monoclinic
abc
a=g=90°, b90°
b
a
三斜 Triclinic
abc
a=b=g=90°
23
晶面和晶面指数
结晶格子内所有的格子点全部集中在相互平行的
等间距的平面群上,这些平面叫晶面,晶面与晶
面的距离叫晶面间距
——非晶(无定形)高分子材料:非晶态或以非晶态占绝
对优势的高分子材料;
——结晶高分子材料:以晶态为主的高分子材料;结晶高
分子材料在高温下(超过熔点)也会熔融,变为无规线团
的非晶态结构。
15
晶体基本概念
晶体:物质内部的微观粒子(原子、分子、离子)
在三维空间呈有规律地、周期性地排列。
单晶、多晶、非晶、准晶的区别:物质内部的质点
顶点的一系列x射线衍射线束,而锥形光束的光轴就是入射X
射线方向,它的顶角是4θ。如果照相底片垂直切割这一套圆
锥面,将得到一系列同心圆,见右图。如用圆筒形底片时,
得到一系列圆弧。
入射线
衍射线
试样
照相底片
照相底片上的德拜环
铝箔的衍射
13
(a)非晶态PS的衍射花样(b)晶态等规PS
无规立构PS仅有弥散环或称无定形晕
因此,不能简单的用某一种作用力来表示,只能用宏观的量
来---内聚能或内聚能密度表征高分子链间作用力的大小。
内聚能:克服分子间作用力,把1mol的液体或固体分子移
到其分子引力范围之外所需要的能量。
克服分子间
的相互作用
∆E= ∆Hv-RT
矿石的晶体学和晶体取向关系
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矿石晶体学与晶体取向对加工质量的影响:不同的晶体学性质和晶体取向会影响矿石的加工质量,如破碎质量、磨矿质量等。
矿石晶体学与晶体取向的关系:矿石的晶体学性质决定了其晶体取向,而晶体取向又影响了矿石的加工性能。
矿石晶体学与晶体取向对加工工艺的影响:不同的晶体学性质和晶体取向会影响矿石的破碎、磨矿、选矿等加工工艺。
添加标题
晶体取向对材料微观结构的影响:如晶粒大小、晶界分布、晶格缺陷等
添加标题
晶体取向对材料表面性能的影响:如耐磨性、耐腐蚀性、抗氧化性等
添加标题
晶体取向对材料电磁性能的影响:如导电性、磁性、电光性能等
添加标题
晶体取向对材料光学性能的影响:如折射率、色散、光吸收等
添加标题
矿石晶体学与晶体取向的研究进展
应用领域:新能源、新材料、环保等领域
研究方法:探索新的研究方法和技术,提高研究效率和准确性
应用领域:拓展矿石晶体学和晶体取向的研究应用领域,如地质学、材料科学等
理论研究:深入研究矿石晶体学和晶体取向的理论基础,完善理论体系
实践应用:将研究成果应用于实际生产中,提高矿石资源的利用效率和品质
汇报人:
晶体取向与晶体结构的关系:晶体取向是晶体结构的宏观表现,反映了晶体外部的晶面、晶向、晶棱等晶体学要素的空间位置关系
01
光学显微镜法:通过观察晶体的光学性质来确定晶体的取向
05
扫描隧道显微镜法:通过观察晶体的扫描隧道显微镜图来确定晶体的取向
03
X射线衍射法:通过观察晶体的X射线衍射图来确定晶体的取向
矿石晶体学与晶体取向对加工效率的影响:不同的晶体学性质和晶体取向会影响矿石的加工效率,如破碎效率、磨矿效率等。
矿石晶体学:研究矿石晶体的结构、性质和形成机制
准晶非晶液晶单晶
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结构特点性能应用制备法准晶概念随着材料技术的发展,出现了一类结构不符合晶体的对称条件,但呈一定的周期性有序排列新的原子聚集状态的固体,这种状态被称为准晶态,此固体称为准晶。
结构既不同于晶体,也不同于非晶态,原子分布不具有平移对称性,但仍有一定的规则,且呈长程的取向性有序分布,可认为是一种准周期性排列。
一位准晶:原子有二维是周期分布的,一维是准晶周期分布。
一维准晶模型————菲博纳奇(fibonacci)序列其序列以L→L+S S →L(L,S分别代表长短两段线段)的规律增长,若以L为起始项,则会发现学列中L可以成双或成单出现,而S只能成单出现,序列的任意项均为前两项之和,相邻的比值逐渐逼近i,当n →∞时,i=(1+√5)/2二维准晶:一种典型的准晶结构是三维空间的彭罗斯拼图(Penrose)。
二维空间的彭罗斯拼图由内角为36度、144度和72度、108度的两种菱形组成,能够无缝隙无交叠地排满二维平面。
这种拼图没有平移对称性,但是具有长程的有序结构,并且具有晶体所不允许的五次旋转对称性。
三维准晶:原子在三维上的都是准周期分布包括二十面体准晶,立方准晶。
性能准晶室温下表现为硬而脆,韧性较低,准晶材料密度低于其晶态时的密度,比热容比晶态大。
准晶大多由金属元素构成,由金属元素形成的晶体,他们的导电性是人所共知的,金属晶体这些导电性质相比,准晶体一般具有较大的电阻,当温度不太高是,准晶的电阻随温度的增加而减少,实验发现,准晶的导电性随样品质量的改善而降低。
其电阻率甚高,电阻温度系数甚小,电阻随温度的变化规律也各不相同。
应用准晶材料的性能特点是较高的硬度,低摩擦系数,不粘性,耐腐,耐热和耐磨等,但是准经材料的本质脆性大大限制了其应用,目前准经材料的应用主要作为表面改性材料或者作为增强相弥散分布与结构材料中,准经材料在表面改性材料中的应用将准晶材料以涂层,耐热,耐磨,低的摩察系数,耐腐,特殊的光学性能,从而改变材料表面的性质,优化整体材料的性能。
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
,
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
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多晶:由多个晶胞组成的晶体
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准晶:具有非周期性结构的晶体
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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
晶多晶非晶微晶无定形准晶的区别

要理解这几个概念,首先要理解晶体概念,以及晶粒概念.我想学固体物理地或者金属材料地都会对这些概念很清楚!自然界中物质地存在状态有三种:气态、液态、固态固体又可分为两种存在形式:晶体和非晶体晶体是经过结晶过程而形成地具有规则地几何外形地固体;晶体中原子或分子在空间按一定规律周期性重复地排列.晶体共同特点:均匀性:晶体内部各个部分地宏观性质是相同地.各向异性:晶体种不同地方向上具有不同地物理性质.固定熔点:晶体具有周期性结构,熔化时,各部分需要同样地温度.规则外形:理想环境中生长地晶体应为凸多边形.对称性:晶体地理想外形和晶体内部结构都具有特定地对称性.对晶体地研究,固体物理学家从成健角度分为:离子晶体原子晶体分子晶体金属晶体显微学则从空间几何上来分,有七大晶系,十四种布拉菲点阵,种空间群,用拓扑学,群论知识去研究理解.可参考《晶体学中地对称群》一书(郭可信,王仁卉著).与晶体对应地,原子或分子无规则排列,无周期性无对称性地固体叫非晶,如玻璃,非晶碳.一般,无定型就是非晶英语叫,也有人叫(玻璃态).晶粒是另外一个概念,搞材料地人对这个最熟了.首先提出这个概念地是凝固理论.从液态转变为固态地过程首先要成核,然后生长,这个过程叫晶粒地成核长大.晶粒内分子、原子都是有规则地排列地,所以一个晶粒就是单晶.多个晶粒,每个晶粒地大小和形状不同,而且取向也是凌乱地,没有明显地外形,也不表现各向异性,是多晶.英文晶粒用表示,注意与是有区别地.有了晶粒,那么晶粒大小(晶粒度),均匀程度,各个晶粒地取向关系都是很重要地组织(组织简单说就是指固体微观形貌特征)参数.对于大多数地金属材料,晶粒越细,材料性能(力学性能)越好,好比面团,颗粒粗地面团肯定不好成型,容易断裂.所以很多冶金学家材料科学家一直在开发晶粒细化技术.科学总是喜欢极端,看得越远地镜子叫望远镜;看得越细地镜子叫显微镜.晶粒度也是这样地,很小地晶粒度我们喜欢,很大地我们也喜欢.最初,显微镜倍数还不是很高地时候,能看到微米级地时候,觉得晶粒小地微米数量是非常小地了,而且这个时候材料地力学性能特别好.人们习惯把这种小尺度晶粒叫微晶.然而科学总是发展地,有一天人们发现如果晶粒度在小呢,材料性能变得不可思议了,什么量子效应,隧道效应,超延展性等等很多小尺寸效应都出来了,这就是现在很热地,热得不得了地纳米,晶粒度在之间地晶粒我们叫纳米晶.个人收集整理勿做商业用途再说说非晶,非晶是无规则排列,无周期无对称特征,原子排列无序,没有一定地晶格常数,描叙结构特点地只有径向分布函数,这是个统计地量.我们不知道具体确定地晶格常数,我们总可以知道面间距地统计分布情况吧.非晶有很多诱人地特性,所以也有一帮子人在成天做非晶,尤其是作大块地金属非晶.因为它地应力应变曲线很特别.前面说了,从液态到到固态有个成核长大地过程,我不让他成核呢,直接到固态,得到非晶,这需要很快地冷却速度.所以各路人马一方面在拼命提高冷却速度,一方面在不断寻找新地合金配方,因为不同地合金配方有不同地非晶形成能力,通常有参数表征,叫玻璃化温度.非晶没有晶粒,也就没有晶界一说.也有人曾跟我说过非晶可以看成有晶界组成. 那么另一方面,我让他成核,不让他长大呢,不就成了纳米晶.人们都说,强扭地瓜不甜,既然都是抑制成核长大,那么从热力学上看,很多非晶,纳米晶应该不是稳态相.所以你作出非晶、纳米晶了,人们自然会问你热稳定性如何.后来,又有一个牛人叫卢柯,本来他是搞非晶地,读研究生地时候他还一直想把非晶地结构搞清楚呢(牛人就是牛人,选题这么牛,非晶地结构现在人们还不是很清楚).他想既然我把非晶做出来了,为什么我不可以把非晶直接晶化成纳米晶呢,纳米晶热啊,耶,这也是一种方法,叫非晶晶化法.既然晶界是一种缺陷,缺陷当然会影响材料性能,好坏先不管他,但是总不好控制.如果我把整个一个材料做成一个晶粒,也就是单晶,会是什么样子呢,人们发现单晶确实会有多晶非晶不同地性能,各向异性,谁都知道啊.当然还有其他地特性.所以很多人也在天天捣鼓着,弄些单晶来.现在不得不说准晶.准晶体地发现,是世纪年代晶体学研究中地一次突破.这是我们做电镜地人地功劳.年底,等人宣布,他们在急冷凝固地合金中发现了具有五重旋转对称但并无无平移周期性地合金相,在晶体学及相关地学术界引起了很大地震动.不久,这种无平移同期性但有位置序地晶体就被称为准晶体.后来,郭先生一看,哇,我们这里有很多这种东西啊,抓紧分析,马上写文章,那段金属固体原子像地多地不得了,基本上是这方面地内容.准晶因此也被称为“中国像”.个人收集整理勿做商业用途再说说孪晶,孪晶地英文叫,孪晶其实是金属塑性变形里地一个重要概念.孪生与滑移是两种基本地形变机制.从微观上看,晶体原子排列沿某一特定面镜像对称.那个面叫栾晶面.很多教科书有介绍.一般面心立方结构地金属材料,滑移系多,已发生滑移,但是特定条件下也有孪生.加上面心立方结构层错能高,不容易出现孪晶,曾经一段能够在面心立方里发现孪晶也可以发很好地文章.前两年,马恩就因为在铝里面发现了孪晶,发了篇呢.卢柯去年也因为在纳米铜里做出了很多孪晶,既提高了铜地强度,又保持了铜良好导电性(通常这是一对矛盾),也发了个.这年头很值钱啊.像一个穷山沟,出了个清华大学生一样.现在,从显微学上来看单晶,多晶,微晶,非晶,准晶,纳米晶,加上孪晶.单晶与多晶,一个晶粒就是单晶,多个晶粒就是多晶,没有晶粒就是非晶.单晶只有一套衍射斑点;多晶地话,取向不同会表现几套斑点,标定地时候,一套一套来,当然有可能有地斑点重合,通过多晶衍射地标定可以知道晶粒或者两相之间取向关系.如果晶粒太小,可能会出现多晶衍射环.非晶衍射是非晶衍射环,这个环均匀连续,与多晶衍射环有区别.纳米晶,微晶是从晶粒度大小角度来说地,在大一点地晶粒,叫粗晶地.在从衍射上看,一般很难作纳米晶地单晶衍射,因为最小物镜光栏选区还是太大.有做地么,不知道这个可不可以.孪晶在衍射上地表现是很值得我们学习研究地,也最见标定衍射谱地功力,大家可以参照郭可信,叶恒强编地那本《电子衍射在材料科学中应用》第六章.准晶,一般晶体不会有五次对称,只有,,,,次旋转对称(这个证明经常作为博士生入学考试题,呵呵).所以看到衍射斑点是五次对称地,对称地啊,其他什么地,可能就是准晶.个人收集整理勿做商业用途。
单晶硅,多晶硅,非晶硅简介及区别
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单晶硅,多晶硅,非晶硅简介及区别物理性质:是一种比较活泼的非金属元素,是晶体材料的重要组成部分。
硅的单晶体,具有基本完整的点阵结构的晶体。
不同的方向具有不同的性质,是一种良好的半导材料。
纯度要求达到99.9999%,甚至达到99.9999999%以上。
用于制造半导体器件、太阳能电池等。
用高纯度的多晶硅在单晶炉内拉制而成。
制备方法:熔融的单质硅在凝固时硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核,如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒,则这些晶粒平行结合起来便结晶成单晶硅。
单晶硅具有准金属的物理性质,有较弱的导电性,其电导率随温度的升高而增加,有显著的半导电性。
超纯的单晶硅是本征半导体。
在超纯单晶硅中掺入微量的ⅢA族元素,如硼可提高其导电的程度,而形成p型硅半导体;如掺入微量的ⅤA族元素,如磷或砷也可提高导电程度,形成n型硅半导体。
单晶硅的制法通常是先制得多晶硅或无定形硅,然后用直拉法或悬浮区熔法从熔体中生长出棒状单晶硅。
单晶硅主要用于制作半导体元件。
用途:是制造半导体硅器件的原料,用于制大功率整流器、大功率晶体管、二极管、开关器件等。
名称:多晶硅英文名:polycrystalline silicon物理性质:灰色金属光泽。
密度2.32~2.34。
熔点1410℃。
沸点2355℃。
溶于氢氟酸和硝酸的混酸中,不溶于水、硝酸和盐酸。
硬度介于锗和石英之间,室温下质脆,切割时易碎裂。
加热至800℃以上即有延性,1300℃时显出明显变形。
常温下不活泼,高温下与氧、氮、硫等反应。
高温熔融状态下,具有较大的化学活泼性,能与几乎任何材料作用。
具有半导体性质,是极为重要的优良半导体材料,但微量的杂质即可大大影响其导电性。
制备方法:多晶硅是单质硅的一种形态。
熔融的单质硅在过冷条件下凝固时,硅原子以金刚石晶格形态排列成许多晶核,如这些晶核长成晶面取向不同的晶粒,则这些晶粒结合起来,就结晶成多晶硅。
多晶硅可作拉制单晶硅的原料,多晶硅与单晶硅的差异主要表现在物理性质方面。
单晶多晶非晶微晶无定形准晶的区别要理解这几个概念首先要理解...

均匀性:晶体内部各个部分的宏观性质是相同的。
各向异性:晶体种不同的方向上具有不同的物理性质。
固定熔点:晶体具有周期性结构,熔化时,各部分需要同样的温度。
规则外形:理想环境中生长的晶体应为凸多边形。
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。
对晶体的研究,固体物理学家从成健角度分为
既然晶界是一种缺陷,缺陷当然会影响材料性能,好坏先不管他,但是总不好控制。如果我把整个一个材料做成一个晶粒,也就是单晶,会是什么样子呢,人们发现单晶确实会有多晶非晶不同的性能,各向异性,谁都知道啊。当然还有其他的特性。所以很多人也在天天捣鼓着,弄些单晶来。
现在不得不说准晶。准晶体的发现,是20世纪80年代晶体学研究中的一次突破。这是我们做电镜的人的功劳。1984年底,D.Shechtman等人宣布,他们在急冷凝固的Al Mn合金中发现了具有五重旋转对称但并无无平移周期性的合金相,在晶体学及相关的学术界引起了很大的震动。不久,这种无平移同期性但有位置序的晶体就被称为准晶体。后来,郭先生一看,哇,我们这里有很多这种东西啊,抓紧分析,马上写文章,那段金属固体原子像的APL,PRL多的不得了,基本上是这方面的内容。准晶因此也被D.Shechtman称为“中国像”。
离子晶体
原子晶体
分子晶体
金属晶体
显微学则从空间几何上来分,有七大晶系,十四种布拉菲点阵,230种空间群,用拓扑学,群论知识去研究理解。可参考《晶体学中的对称群》一书(郭可信,王仁卉著)。
与晶体对应的,原子或分子无规则排列,无周期性无对称性的固体叫非晶,如玻璃,非晶碳。一般,无定型就是非晶英语叫amorphous,也有人叫glass(玻璃态).
现在,从显微学上来看单晶,多晶,微晶,非晶,准晶,纳米晶,加上孪晶。单晶与多晶,一个晶粒就是单晶,多个晶粒就是多晶,没有晶粒就是非晶。单晶只有一套衍射斑点;多晶的话,取向不同会表现几套斑点,标定的时候,一套一套来,当然有可能有的斑点重合,通过多晶衍射的标定可以知道晶粒或者两相之间取向关系。如果晶粒太小,可能会出现多晶衍射环。非晶衍射是非晶衍射环,这个环均匀连续,与多晶衍射环有区别。
单晶硅_多晶硅_非晶硅的区别和性能差异

单晶硅_多晶硅_非晶硅的区别和性能差异单晶硅,多晶硅,非晶硅的区别和性能差异一、单晶硅太阳能电池名称:单晶硅英文名: Monocrystalline silicon单晶硅是一种比较活泼的非金属元素,是晶体材料的重要组成部分。
硅的单晶体,具有基本完整的点阵结构的晶体。
不同的方向具有不同的性质,是一种良好的半导材料。
纯度要求达到99.9999,,甚至达到99.9999999,以上。
用于制造半导体器件、太阳能电池等。
用高纯度的多晶硅在单晶炉内拉制而成。
熔融的单质硅在凝固时硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核,如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒,则这些晶粒平行结合起来便结晶成单晶硅。
单晶硅具有准金属的物理性质,有较弱的导电性,其电导率随温度的升高而增加,有显著的半导电性。
超纯的单晶硅是本征半导体。
在超纯单晶硅中掺入微量的?A族元素,如硼可提高其导电的程度,而形成p型硅半导体;如掺入微量的?A族元素,如磷或砷也可提高导电程度,形成n型硅半导体。
单晶硅的制法通常是先制得多晶硅或无定形硅,然后用直拉法或悬浮区熔法从熔体中生长出棒状单晶硅。
单晶硅主要用于制作半导体元件。
用途:是制造半导体硅器件的原料,用于制大功率整流器、大功率晶体管、二极管、开关器件等。
二、多晶硅太阳能电池名称:多晶硅英文名:polycrystalline silicon性质:灰色金属光泽。
密度2.32~2.34。
熔点1410?。
沸点2355?。
溶于氢氟酸和硝酸的混酸中,不溶于水、硝酸和盐酸。
硬度介于锗和石英之间,室温下质脆,切割时易碎裂。
加热至800?以上即有延性,1300?时显出明显变形。
常温下不活泼,高温下与氧、氮、硫等反应。
高温熔融状态下,具有较大的化学活泼性,能与几乎任何材料作用。
具有半导体性质,是极为重要的优良半导体材料,但微量的杂质即可大大影响其导电性。
多晶硅是单质硅的一种形态。
熔融的单质硅在过冷条件下凝固时,硅原子以金刚石晶格形态排列成许多晶核,如这些晶核长成晶面取向不同的晶粒,则这些晶粒结合起来,就结晶成多晶硅。
光学晶体分类
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光学晶体分类光学晶体是一类具有特定结晶结构的材料,其在光学领域有着广泛的应用。
根据晶体的特性和性质,光学晶体可以分为无晶体、单晶体和多晶体三大类。
无晶体是指没有明确晶体结构的材料,也被称为非晶体或无定形材料。
无晶体材料具有高度随机的结构,其原子或分子之间没有规律地排列。
由于无晶体没有明确的晶格结构,光传播的方式也具有无序性,因此无晶体的光学性质较为复杂。
无晶体材料常见的有玻璃、塑料等。
玻璃是一种非晶体材料,其主要成分是硅酸盐,具有透明、硬度高、抗腐蚀等特点,广泛应用于光学仪器、建筑和电子产业中。
单晶体是指具有完美晶体结构的材料,其原子或分子之间按照规则的周期性排列。
单晶体的晶格结构具有高度的有序性,导致光在其中传播时呈现出明确的方向和偏振特性。
单晶体具有优良的光学性能,如高透过率、高折射率和低散射率,因此被广泛应用于激光器、光通信和光学透镜等领域。
单晶体的生长需要较高的技术要求,常见的单晶体材料有硅、锗、氮化镓等。
多晶体是指由多个晶粒组成的材料,每个晶粒都具有明确的晶体结构,但晶粒之间的晶格方向不同。
多晶体的晶粒之间存在晶界,晶界对光学性能产生一定的影响。
多晶体的光学性能通常介于无晶体和单晶体之间,具有较好的光学性能和较低的制造成本。
多晶体材料常见的有多晶硅、多晶锗等,广泛应用于太阳能电池、光电器件等领域。
光学晶体的分类对于光学器件的设计和制造具有重要的指导意义。
不同类型的晶体材料具有各自的优点和适用范围,在光学领域中扮演着不可替代的角色。
因此,了解和掌握光学晶体的分类是进行光学器件设计和光学研究的基础。
随着科技的进步和应用领域的不断拓展,对光学晶体分类的研究和应用将会越来越深入,为光学技术的发展带来新的突破和机遇。
单晶

通常讲话中的“晶体”常指一个 具有显著的平的表面的固体, 如:一块经切割过的宝石。
但对于科学研究者来说,晶 体是具有明确的、长程的、 三维分子有序度的固体。
是否所有固体都是晶态的?
我们都知道物质的形态分为:气体、液体、固体 但不是所有的固体都是晶态。 固体分为:晶体、非晶体、和准晶体三大类 晶体:原子呈周期性排列的固体物质如 食盐、糖、 矿石等等 非晶体:原子呈无序排列的固体物质。如玻璃、松 香、琥珀、珍珠。 准晶体:介于有序和无序之间的固体物质。如一些 急冷凝固的合金Al65Cu23Fe12、Al70Pd21Mn9 。
那么晶体结构=点阵*型主
*表示“与„相联系”
晶胞
晶胞是晶体的代表,是描述晶体微观结构的基本 单元 。一般说来,晶胞都是平行六面体。整块晶 体可以看成是无数晶胞无隙并置而成。 无隙--相邻晶体之间没有任何间隙 并置--所有晶胞都是平行排列的取向相同 但不一定是最小单元。晶胞有素晶胞和复晶胞之 分。素晶胞,符号P,是晶体微观空间中的最小 单位,不可能再小。素晶胞中的原子集合相当于 晶体微观空间中的原子作周期性平移的最小集合, 叫做结构基元。复晶胞是素晶胞的多倍体;分体 心晶胞(2倍体),符号I;面心晶胞(4倍体)。 符号F;以及底心晶胞(2倍体)符号C三种。
引言
我们吃的盐是氯化钠的结晶,味精是谷氨 酸钠的结晶,冬天窗户玻璃上的冰花和天上飘 下的雪花,是水的结晶。我们可以这样说: “熠熠闪光的不一定是晶体,朴实无华、不能 闪光的未必就不是晶体”。每家厨房中常见的 砂糖、碱是晶体,每个人身上的牙齿、骨骼是 晶体,工业中的矿物岩石是晶体,日常见到的 各种金属及合金制品也属晶体,就连地上的泥 土砂石都是晶体。我们身边的固体物质中,除 了常被我们误以为是晶体的玻璃、松香、琥珀、 珍珠等之外,几乎都是晶体。晶体离我们并不 遥远,它就在我们的日常生活中。
单晶,多晶,非晶,微晶,无定形,准晶的区别

单晶,多晶,非晶,微晶,无定形,准晶的区别要理解这几个概念,首先要理解晶体概念,以及晶粒概念。
我想学固体物理的或者金属材料的都会对这些概念很清楚!自然界中物质的存在状态有三种:气态、液态、固态固体又可分为两种存在形式:晶体和非晶体晶体是经过结晶过程而形成的具有规则的几何外形的固体;晶体中原子或分子在空间按一定规律周期性重复的排列。
晶体共同特点:均匀性:晶体内部各个部分的宏观性质是相同的。
各向异性:晶体种不同的方向上具有不同的物理性质。
固定熔点:晶体具有周期性结构,熔化时,各部分需要同样的温度。
规则外形:理想环境中生长的晶体应为凸多边形。
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。
对晶体的研究,固体物理学家从成健角度分为离子晶体原子晶体分子晶体金属晶体显微学则从空间几何上来分,有七大晶系,十四种布拉菲点阵,230种空间群,用拓扑学,群论知识去研究理解。
可参考《晶体学中的对称群》一书(郭可信,王仁卉著)。
与晶体对应的,原子或分子无规则排列,无周期性无对称性的固体叫非晶,如玻璃,非晶碳。
一般,无定型就是非晶英语叫amorphous,也有人叫glass(玻璃态).晶粒是另外一个概念,搞材料的人对这个最熟了。
首先提出这个概念的是凝固理论。
从液态转变为固态的过程首先要成核,然后生长,这个过程叫晶粒的成核长大。
晶粒内分子、原子都是有规则地排列的,所以一个晶粒就是单晶。
多个晶粒,每个晶粒的大小和形状不同,而且取向也是凌乱的,没有明显的外形,也不表现各向异性,是多晶。
英文晶粒用Grain表示,注意与Particle是有区别的。
有了晶粒,那么晶粒大小(晶粒度),均匀程度,各个晶粒的取向关系都是很重要的组织(组织简单说就是指固体微观形貌特征)参数。
对于大多数的金属材料,晶粒越细,材料性能(力学性能)越好,好比面团,颗粒粗的面团肯定不好成型,容易断裂。
所以很多冶金学家材料科学家一直在开发晶粒细化技术。
科学总是喜欢极端,看得越远的镜子叫望远镜;看得越细的镜子叫显微镜。
单晶多晶非晶微晶无定形准晶的区别
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单晶多晶非晶微晶无定形准晶的区别单晶,多晶,非晶,微晶,无定形,准晶的区别要理解这几个概念,首先要理解晶体概念,以及晶粒概念。
我想学固体物理的或者金属材料的都会对这些概念很清楚~自然界中物质的存在状态有三种:气态、液态、固态固体又可分为两种存在形式:晶体和非晶体晶体是经过结晶过程而形成的具有规则的几何外形的固体;晶体中原子或分子在空间按一定规律周期性重复的排列。
晶体共同特点:均匀性: 晶体内部各个部分的宏观性质是相同的。
各向异性: 晶体种不同的方向上具有不同的物理性质。
固定熔点: 晶体具有周期性结构,熔化时,各部分需要同样的温度。
规则外形: 理想环境中生长的晶体应为凸多边形。
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。
对晶体的研究,固体物理学家从成健角度分为离子晶体原子晶体分子晶体金属晶体显微学则从空间几何上来分,有七大晶系,十四种布拉维点阵,230种空间群,用拓扑学,群论知识去研究理解。
可参考《晶体学中的对称群》一书 (郭可信,王仁卉著)。
与晶体对应的,原子或分子无规则排列,无周期性无对称性的固体叫非晶,如玻璃,非晶碳。
一般,无定型就是非晶英语叫amorphous,也有人叫glass(玻璃态).晶粒是另外一个概念,搞材料的人对这个最熟了。
首先提出这个概念的是凝固理论。
从液态转变为固态的过程首先要成核,然后生长,这个过程叫晶粒的成核长大。
晶粒内分子、原子都是有规则地排列的,所以一个晶粒就是单晶。
多个晶粒,每个晶粒的大小和形状不同,而且取向也是凌乱的,没有明显的外形,也不表现各向异性,是多晶。
英文晶粒用Grain表示,注意与Particle是有区别的。
有了晶粒,那么晶粒大小(晶粒度),均匀程度,各个晶粒的取向关系都是很重要的组织(组织简单说就是指固体微观形貌特征)参数。
对于大多数的金属材料,晶粒越细,材料性能(力学性能)越好,好比面团,颗粒粗的面团肯定不好成型,容易断裂。
所以很多冶金学家材料科学家一直在开发晶粒细化技术。
单晶,多晶,微晶,非晶,准晶,纳米晶,孪晶
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什么样的物质能够制造成非晶呢?从理论上说,任何物质只要它的液体冷却足够快,原子来不及整齐排列就凝固,那么原子在液态时的混乱排列被迅速冻结,就可以形成非晶(联想非晶薄膜的形成)。
但是,不同的物质形成非晶所需要的冷却速度大不相同。例如,普通的玻璃只要慢慢冷却下来,得到的玻璃就是非晶态的。而单一的金属则需要每秒高达一亿度以上的冷却速度才能形成非晶态。由于目前工艺水平的限制,实际生产中难以达到如此高的冷却速度,也就是说,普通的单一的金属难以从生产上制成非晶。
晶体共同特点:
均 匀 性: 晶体内部各个部分的宏观性质是相同的。
各向异性:晶体中不同的方向上具有不同的物理性质。
固定熔点:晶体具有周期性结构,熔化时,各部分需要同样的温度。
规则外形:理想环境中生长的晶体应为凸多边形。
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。
对晶体的研究,固体物理学家从成健角度分为:
单晶衍射仪的作用主要是测单晶样品的结构,对于已知结构可以进行精修,对于未知结构可以鉴定结构。
多晶衍射用于物相鉴定的原理与单晶衍射仪不同,它主要依据的是一个称为PDF文件的物相数据库,通过查找这个库中与样品衍射谱相同的物相来鉴定某个物相是否存在,因此,鉴定的必须是已知物相。这个库的来源主要通过单晶衍射来鉴定结构,如果没有这个数据库,多晶衍射一般就不能进行物相的鉴定。当然也可以进行指标化,但困难多了。
其他问题
请教:多晶衍射仪与单晶衍射仪
一般大家讲的衍射仪就是多晶衍射仪,需要的样品是多晶体。主要用于鉴定多相样品中的物相,以及定量相分析应力以及晶粒大小,有些多晶衍射仪上还配一些附件如织构仪,用于测量织构,高/低温台,用于测量样品在不同温度下的物相变化,这是一种原位测量。也有小角散射台,应力附件,微区分析等。
单晶多晶非晶微晶纳米晶准晶孪晶概念剖析
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要理解这几个概念,首先要理解晶体概念,以及晶粒概念。
我想学固体物理的或者金属材料的都会对这些概念很清楚。
自然界中物质的存在状态有三种:气态、液态、固态(此处指一般物质,未包括“第四态”等离子体——成锡注)。
固体又可分为两种存在形式:晶体和非晶体。
晶体是经过结晶过程而形成的具有规则的几何外形的固体;晶体中原子或分子在空间按一定规律周期性重复的排列。
晶体共同特点:均匀性:晶体内部各个部分的宏观性质是相同的。
各向异性:晶体中不同的方向上具有不同的物理性质。
固定熔点:晶体具有周期性结构,熔化时,各部分需要同样的温度。
规则外形:理想环境中生长的晶体应为凸多边形。
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。
对晶体的研究,固体物理学家从成健角度分为:离子晶体原子晶体分子晶体金属晶体显微学则从空间几何上来分,有七大晶系,十四种布拉菲点阵,230种空间群,用拓扑学,群论知识去研究理解。
可参考《晶体学中的对称群》一书(郭可信,王仁卉著)。
与晶体对应的,原子或分子无规则排列,无周期性无对称性的固体叫非晶,如玻璃,非晶碳。
一般,无定型就是非晶,英语叫amo rphou s,也有人叫gl ass(玻璃态)。
晶粒是另外一个概念,搞材料的人对这个最熟了。
首先提出这个概念的是凝固理论。
从液态转变为固态的过程首先要成核,然后生长,这个过程叫晶粒的成核长大。
晶粒内分子、原子都是有规则地排列的,所以一个晶粒就是单晶。
多个晶粒,每个晶粒的大小和形状不同,而且取向也是凌乱的,没有明显的外形,也不表现各向异性,是多晶。
英文晶粒用G rain表示,注意与Par ticle是有区别的。
有了晶粒,那么晶粒大小(晶粒度),均匀程度,各个晶粒的取向关系都是很重要的组织(组织简单说就是指固体微观形貌特征)参数。
光学晶体材料分类
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光学晶体材料分类光学晶体是指能够具有光学性质并且具有晶体结构的材料。
根据其晶体结构和光学特性的不同,光学晶体材料可以分为多个类别。
本文将对光学晶体材料进行分类介绍,以帮助读者更好地了解和理解这一领域。
一、单晶体单晶体是指具有完美的晶体结构,没有晶界或晶界很少的晶体。
单晶体具有高度的各向同性,可以用来制备高质量的光学元件。
常见的单晶体材料包括石英、硫化锌、硫化镉等。
这些材料具有良好的光学性能,广泛应用于激光器、光纤通信等领域。
二、多晶体多晶体是由多个晶粒组成的晶体材料。
由于晶粒之间存在晶界,多晶体的各向异性较强。
多晶体材料一般具有较低的光学性能,但其制备成本相对较低,可以满足一些普通光学应用的需求。
常见的多晶体材料有石英玻璃、硅等。
三、非线性光学晶体非线性光学晶体是指在外界光场作用下,其光学性质随光场强度的变化而变化。
这些晶体通常具有非线性折射率、非线性吸收等特性,可用于频率倍增、光学调制、光学开关等领域。
常见的非线性光学晶体有二硫化碳、铌酸锂、硼硅酸锂等。
四、光学非晶体光学非晶体是指没有典型晶体结构的材料,其原子排列呈现无规则的非晶态。
光学非晶体具有宽的透明窗口和较低的散射损耗,常用于光纤放大器、光学传感器等领域。
常见的光学非晶体材料有磷硅酸盐玻璃、硅基非晶体等。
五、铁电晶体铁电晶体是指在外界电场作用下,其晶格结构发生可逆的电极化现象。
铁电晶体具有良好的电光效应和压电效应,广泛应用于光学调制器、光学存储等领域。
常见的铁电晶体材料有二氧化锆、钛酸锶等。
六、磁光晶体磁光晶体是指在外界磁场作用下,其光学性质发生改变的晶体材料。
磁光晶体具有磁光效应,可用于制备磁光存储器、磁光开关等器件。
常见的磁光晶体材料有铁氧体、铁镁铌酸锂等。
七、光子晶体光子晶体是一种具有周期性介质结构的材料,其禁带结构可以用来控制光的传播和发射特性。
光子晶体具有光子带隙、全反射等特性,可用于制备光纤光栅、光子晶体光纤等器件。
常见的光子晶体材料有硅、硅氧化物等。
晶体的分类知识点总结
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晶体的分类知识点总结一、根据晶体结构的分类1. 晶体的类型晶体可以分为单晶体、多晶体和非晶体三类。
单晶体是指晶格排列完整,没有晶界,晶粒的直径可以从毫米到数十厘米不等。
多晶体是指由多个晶粒组成,晶界可以是明显的界面,也可以是粒子间的微细结构。
非晶体是指物质的原子或分子没有严格的周期性排列,因此没有晶格,没有晶体性,是一种无序的固体物质。
2. 晶体的结构晶体根据其原子或分子的排列方式,可以分为立方晶系、四方晶系、六角晶系、三方晶系、单斜晶系、斜方晶系等七种晶系。
立方晶系是晶胞的三个边相等,三个角均为直角,六个面互相垂直。
四方晶系是晶胞的三个边两两相等,三个角均为直角。
六角晶系是晶胞的三个边相等,三个角均为60度。
三方晶系是晶胞的三个边相等,两个角相等。
单斜晶系是晶胞的三个边两两不相等,三个角均为直角。
斜方晶系是晶胞的三个边相互垂直,但长短不同。
3. 晶体的对称性根据晶体的对称性,晶体可以分为各向同性晶体和各向异性晶体两类。
各向同性晶体是指晶体在任何方向上的物理性质是一样的,具有完全的对称性。
各向异性晶体是指晶体在不同方向上的物理性质是不同的,具有部分对称性。
二、根据晶体化学成分的分类1. 根据晶体的化学成分晶体的化学成分对其性质具有重要影响,因此可以根据晶体的化学成分进行分类。
根据晶体的化学成分,可以分为无机晶体和有机晶体两类。
无机晶体是指晶体中的原子或分子是无机化合物,如氧化物、硫化物、卤化物等。
有机晶体是指晶体中的原子或分子是有机分子或有机化合物,如葡萄糖、脂肪酸、蛋白质等。
2. 根据晶体的组成元素根据晶体的组成元素,晶体可以分为硅酸盐晶体、氧化物晶体、硫化物晶体、卤化物晶体、碳酸盐晶体、金属晶体等几种。
硅酸盐晶体是指晶体中主要由SiO4四面体组成的晶体,如长石、石英等。
氧化物晶体是指晶体中的主要成分是氧化物,如金刚石、冰英石等。
硫化物晶体是指晶体中的主要成分是硫化物,如黄铁矿、辉锑矿等。
卤化物晶体是指晶体中的主要成分是卤化物,如岩盐、方铅矿等。
单晶硅多晶硅非晶硅
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单晶硅多晶硅非晶硅单晶硅、多晶硅和非晶硅是常见的硅材料,它们在电子行业和太阳能领域中得到广泛应用。
本文将分别介绍这三种硅材料的特点和应用。
单晶硅是一种具有高纯度和完全结晶的硅材料。
它的晶体结构非常有序,没有晶界和杂质存在。
由于这种结构的特殊性,单晶硅具有优异的电子特性,包括高电子迁移率和低电阻率。
这使得单晶硅成为制造高性能集成电路的理想材料。
在集成电路制造过程中,单晶硅通常被用作衬底材料,通过控制晶体生长方向和掺杂技术,可以制备出各种不同的器件结构。
此外,单晶硅还被广泛应用于光伏领域,用于制造高效的太阳能电池。
多晶硅是由许多小晶体组成的硅材料。
与单晶硅相比,多晶硅的晶体结构不太有序,其中存在许多晶界和杂质。
这些晶界和杂质对电子迁移和电阻产生一定的影响,使得多晶硅的电子特性略逊于单晶硅。
然而,多晶硅具有较低的制备成本和较高的材料利用率,因此在一些应用中具有一定的优势。
多晶硅广泛应用于太阳能电池制造中,通过将多晶硅材料切割成薄片,并进行光伏电池的制造流程,可以制备出高效的太阳能电池。
非晶硅是一种无定形的硅材料,它的晶体结构没有明显的长程有序性。
非晶硅的制备方法包括物理气相沉积和化学气相沉积等。
非晶硅具有较高的氢含量和较低的晶体质量,导致其电子迁移率和电阻率较低。
然而,非晶硅具有优异的光学特性,包括宽光谱吸收和较短的载流子扩散长度。
这使得非晶硅在光伏领域中具有重要的应用,被广泛用于制备薄膜太阳能电池和柔性太阳能电池。
总结起来,单晶硅、多晶硅和非晶硅是三种常见的硅材料。
单晶硅具有优异的电子特性,适用于高性能集成电路和高效太阳能电池的制造。
多晶硅具有较低的制备成本和较高的材料利用率,广泛应用于太阳能电池制造。
非晶硅具有特殊的光学特性,被用于制备薄膜太阳能电池和柔性太阳能电池。
这三种硅材料各有特点,在电子行业和太阳能领域中发挥着重要的作用。
晶,多晶,非晶,微晶,无定形,准晶的区别
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晶,多晶,非晶,微晶,无定形,准晶的区别要理解这几个概念,首先要理解晶体概念,以及晶粒概念。
我想学固体物理的或者金属材料的都会对这些概念很清楚!自然界中物质的存在状态有三种:气态、液态、固态固体又可分为两种存在形式:晶体和非晶体晶体是经过结晶过程而形成的具有规则的几何外形的固体;晶体中原子或分子在空间按一定规律周期性重复的排列。
晶体共同特点:均匀性:晶体内部各个部分的宏观性质是相同的。
各向异性:晶体种不同的方向上具有不同的物理性质。
固定熔点:晶体具有周期性结构,熔化时,各部分需要同样的温度。
规则外形:理想环境中生长的晶体应为凸多边形。
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。
对晶体的研究,固体物理学家从成健角度分为:离子晶体原子晶体分子晶体金属晶体显微学则从空间几何上来分,有七大晶系,十四种布拉菲点阵,230种空间群,用拓扑学,群论知识去研究理解。
可参考《晶体学中的对称群》一书(郭可信,王仁卉著)。
与晶体对应的,原子或分子无规则排列,无周期性无对称性的固体叫非晶,如玻璃,非晶碳。
一般,无定型就是非晶英语叫amorphous,也有人叫glass(玻璃态).晶粒是另外一个概念,搞材料的人对这个最熟了。
首先提出这个概念的是凝固理论。
从液态转变为固态的过程首先要成核,然后生长,这个过程叫晶粒的成核长大。
晶粒内分子、原子都是有规则地排列的,所以一个晶粒就是单晶。
多个晶粒,每个晶粒的大小和形状不同,而且取向也是凌乱的,没有明显的外形,也不表现各向异性,是多晶。
英文晶粒用Grain表示,注意与Particle是有区别的。
有了晶粒,那么晶粒大小(晶粒度),均匀程度,各个晶粒的取向关系都是很重要的组织(组织简单说就是指固体微观形貌特征)参数。
对于大多数的金属材料,晶粒越细,材料性能(力学性能)越好,好比面团,颗粒粗的面团肯定不好成型,容易断裂。
所以很多冶金学家材料科学家一直在开发晶粒细化技术。
科学总是喜欢极端,看得越远的镜子叫望远镜;看得越细的镜子叫显微镜。
单晶硅_多晶硅_非晶硅的区别和性能差异
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单晶硅_多晶硅_非晶硅的区别和性能差异单晶硅,多晶硅,非晶硅的区别和性能差异一、单晶硅太阳能电池名称:单晶硅英文名: Monocrystalline silicon单晶硅是一种比较活泼的非金属元素,是晶体材料的重要组成部分。
硅的单晶体,具有基本完整的点阵结构的晶体。
不同的方向具有不同的性质,是一种良好的半导材料。
纯度要求达到99.9999,,甚至达到99.9999999,以上。
用于制造半导体器件、太阳能电池等。
用高纯度的多晶硅在单晶炉内拉制而成。
熔融的单质硅在凝固时硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核,如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒,则这些晶粒平行结合起来便结晶成单晶硅。
单晶硅具有准金属的物理性质,有较弱的导电性,其电导率随温度的升高而增加,有显著的半导电性。
超纯的单晶硅是本征半导体。
在超纯单晶硅中掺入微量的?A族元素,如硼可提高其导电的程度,而形成p型硅半导体;如掺入微量的?A族元素,如磷或砷也可提高导电程度,形成n型硅半导体。
单晶硅的制法通常是先制得多晶硅或无定形硅,然后用直拉法或悬浮区熔法从熔体中生长出棒状单晶硅。
单晶硅主要用于制作半导体元件。
用途:是制造半导体硅器件的原料,用于制大功率整流器、大功率晶体管、二极管、开关器件等。
二、多晶硅太阳能电池名称:多晶硅英文名:polycrystalline silicon性质:灰色金属光泽。
密度2.32~2.34。
熔点1410?。
沸点2355?。
溶于氢氟酸和硝酸的混酸中,不溶于水、硝酸和盐酸。
硬度介于锗和石英之间,室温下质脆,切割时易碎裂。
加热至800?以上即有延性,1300?时显出明显变形。
常温下不活泼,高温下与氧、氮、硫等反应。
高温熔融状态下,具有较大的化学活泼性,能与几乎任何材料作用。
具有半导体性质,是极为重要的优良半导体材料,但微量的杂质即可大大影响其导电性。
多晶硅是单质硅的一种形态。
熔融的单质硅在过冷条件下凝固时,硅原子以金刚石晶格形态排列成许多晶核,如这些晶核长成晶面取向不同的晶粒,则这些晶粒结合起来,就结晶成多晶硅。
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要理解这几个概念,首先要理解晶体概念,以及晶粒概念。
我想学固体物理的或者金属材料的都会对这些概念很清楚!
自然界中物质的存在状态有三种:气态、液态、固态
固体又可分为两种存在形式:晶体和非晶体
晶体是经过结晶过程而形成的具有规则的几何外形的固体;晶体中原子或分子在空间按一定规律周期性重复的排列。
晶体共同特点:
均匀性:晶体内部各个部分的宏观性质是相同的。
各向异性:晶体种不同的方向上具有不同的物理性质。
固定熔点:晶体具有周期性结构,熔化时,各部分需要同样的温度。
规则外形:理想环境中生长的晶体应为凸多边形。
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。
对晶体的研究,固体物理学家从成健角度分为
离子晶体
原子晶体
分子晶体
金属晶体
显微学则从空间几何上来分,有七大晶系,十四种布拉菲点阵,230种空间群,用拓扑学,群论知识去研究理解。
可参考《晶体学中的对称群》一书(郭可信,王仁卉著)。
与晶体对应的,原子或分子无规则排列,无周期性无对称性的固体叫非晶,如玻璃,非晶碳。
一般,无定型就是非晶英语叫amorphous,也有人叫glass(玻璃态).
晶粒是另外一个概念,搞材料的人对这个最熟了。
首先提出这个概念的是凝固理论。
从液态转变为固态的过程首先要成核,然后生长,这个过程叫晶粒的成核长大。
晶粒内分子、原子都是有规则地排列的,所以一个晶粒就是单晶。
多个晶粒,每个晶粒的大小和形状不同,而且取向也是凌乱的,没有明显的外形,也不表现各向异性,是多晶。
英文晶粒用Grain表示,注意与Particle是有区别的。
有了晶粒,那么晶粒大小(晶粒度),均匀程度,各个晶粒的取向关系都是很重要的组织(组织简单说就是指固体微观形貌特征)参数。
对于大多数的金属材料,晶粒越细,材料性能(力学性能)越好,好比面团,颗粒粗的面团肯定不好成型,容易断裂。
所以很多冶金学家材料科学家一直在开发晶粒细化技术。
科学总是喜欢极端,看得越远的镜子叫望远镜;看得越细的镜子叫显微镜。
晶粒度也是这样的,很小的晶粒度我们喜欢,很大的我们也喜欢。
最初,显微镜倍数还不是很高的时候,能看到微米级的时候,觉得晶粒小的微米数量是非常小的了,而且这个时候材料的力学性能特别好。
人们习惯把这种小尺度晶粒较微晶。
然而科学总是发展的,有一天人们发现如果晶粒度在小呢,材料性能变得不可思议了,什么量子效应,隧道效应,超延展性等等很多小尺寸效应都出来了,这就是现在很热的,热得不得了的纳米,晶粒度在1nm-100nm之间的晶粒我们叫纳米晶。
再说说非晶,非晶是无规则排列,无周期无对称特征,原子排列无序,没有一定的晶格常数,描叙结构特点的只有径向分布函数,这是个统计的量。
我们不知道具体确定的晶格常数,我们总可以知道面间距的统计分布情况吧。
非晶有很多诱人的特性,所以也有一帮子人在成天做非晶,尤其是作大块的金属非晶。
因为它的应力应变曲线很特别。
前面说了,从液态到到固态有个成核长大的过程,我不让他成核呢,直接到固态,得到非晶,这需要很快的冷却速度。
所以各路人马一方面在拼命提高冷却速度,一方面在不断寻找新的合金配方,因为不同的合金配方有不同的非晶形成能力,通常有Tg参数表征,叫玻璃化温度。
非晶没有晶粒,也就没有晶界一说。
也有人曾跟我说过非晶可以看成有晶界组成。
那么另一方面,我让他成核,不让他长大呢,不就成了纳米晶。
人们都说,强扭的瓜不甜,既然都是抑制成核长大,那么从热力学上看,很多非晶,纳米晶应该不是稳态相。
所以你作出非晶、纳米晶了,人们自然会问你热稳定性如何。
后来,又有一个牛人叫卢柯,本来他是搞非晶的,读研究生的时候他还一直想把非晶的结构搞清楚呢(牛人就是牛人,选题这么牛,非晶的结构现在人们还不是很清楚)。
他想既然我把非晶做出来了,为什么我不可以把非晶直接晶化成纳米晶呢,纳米晶热啊,耶,这也是一种方法,叫非晶晶化法。
既然晶界是一种缺陷,缺陷当然会影响材料性能,好坏先不管他,但是总不好控制。
如果我把整个一个材料做成一个晶粒,也就是单晶,会是什么样子呢,人们发现单晶确实会有多晶非晶不同的性能,各向异性,谁都知道啊。
当然还有其他的特性。
所以很多人也在天天捣鼓着,弄些单晶来。
现在不得不说准晶。
准晶体的发现,是20世纪80年代晶体学研究中的一次突破。
这是我们做电镜的人的功劳。
1984年底,D.Shechtman等人宣布,他们在急冷凝固的Al Mn合金中发现了具有五重旋转对称但并无无平移周期性的合金相,在晶体学及相关的学术界引起了很大的震动。
不久,这种无平移同期性但有位置序的晶体就被称为准晶体。
后来,郭先生一看,哇,我们这里有很多这种东西啊,抓紧分析,马上写文章,那段金属固体原子像的APL,PRL多的不得了,基本上是这方面的内容。
准晶因此也被D.Shechtman称为“中国像”。
斑竹也提到过孪晶,英文叫twinning,孪晶其实是金属塑性变形里的一个重要概念。
孪生与滑移是两种基本的形变机制。
从微观上看,晶体原子排列沿某一特定面镜像对称。
那个面叫栾晶面。
很多教科书有介绍。
一般面心立方结构的金属材料,滑移系多,已发生滑移,但是特定条件下也有孪生。
加上面心立方结构层错能高,不容易出现孪晶,曾经一段能够在面心立方里发现孪晶也可以发很好的文章。
前两年,马恩就因为在铝里面发现了孪晶,发了篇Science呢。
卢柯去年也因为在纳米铜里做出了很多孪晶,既提高了铜的强度,又保持了铜良好导电性(通常这是一对矛盾),也发了个Science.这年头Science很值钱啊。
像一个穷山沟,除了个清华大学生一样。
现在,从显微学上来看单晶,多晶,微晶,非晶,准晶,纳米晶,加上孪晶。
单晶与多晶,一个晶粒就是单晶,多个晶粒就是多晶,没有晶粒就是非晶。
单晶只有一套衍射斑点;多晶的话,取向不同会表现几套斑点,标定的时候,一套一套来,当然有可能有的斑点重合,通过多晶衍射的标定可以知道晶粒或者两相之间取向关系。
如果晶粒太小,可能会出现多晶衍射环。
非晶衍射是非晶衍射环,这个环均匀连续,与多晶衍射环有区别。
纳米晶,微晶是从晶粒度大小角度来说的,在大一点的晶粒,叫粗晶的。
在从衍射上看,一般很难作纳米晶的单晶衍射,因为最小物镜光栏选区还是太大。
有做NBED的么,不知道这个可不可以。
孪晶在衍射上的表现是很值得我们学习研究的,也最见标定衍射谱的功力,大家可以参照郭可信,叶恒强编的那本《电子衍射在材料科学中应用》第六章。
准晶,一般晶体不会有五次对称,只有1,2,3,4,6次旋转对称(这个证明经常作为博士生入学考试题,呵呵)。
所以看到衍射斑点是五次对称的,10对称的啊,其他什么的,可能就是准晶。