晶体生长简介

2．螺旋生长理论模型（BCF理论模型）
该模型认为晶面上存在 螺旋位错露头点可以作为 晶体生长的台阶源，可以对 平坦面的生长起着催化作用， 这种台阶源永不消失，因此 不需要形成二维核，这样便 成功地解释了晶体在很低过 饱和度下仍能生长这一实验 现象。
螺旋生长过程
这两个模型有什么联系与区别？ 联系：都是层层外推生长； 区别：生长新的一层的成核机理不同。
1．层生长理论模型（科塞尔理论模型）
这一模型要讨论的关键问题是：在一个正在生长的晶面上 寻找出最佳生长位置，有平坦面、两面凹角位、三面凹角位。 其中平坦面只有一个方向成键，两面凹角有两个方向成键， 三面凹角有三个方向成键，见图：
因此，最佳生长位置是三面凹角位，其次是两面凹角位， 最不容易生长的位置是平坦面。 这样，最理想的晶体生长方式就是:先在三面凹角上生 长成一行，以至于三面凹角消失，再在两面凹角处生长一 个质点，以形成三面凹角，再生长一行，重复下去。
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思考以上三个法则－理论－原理的联系：面网密 度大－PBC键链多－表面能小
五、决定晶体生长形态的外因 温度 杂质 粘度 结晶速度 涡流

所有这些外因是通过内因起作用的。
本章重点总结：
1.成核的条件； 2.晶体生长的两个模型及其相互联系； 3.影响晶体形态的内因：布拉维法则、 PBC理论及其相互联系。
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。
均匀成核：在体系内任何部位成核率是相等 的。 非均匀成核：在体系的某些部位（杂质、 容器壁）的成核率高于另一些部位。
思考：为什么在杂质、容器壁上容易成核？ 为什么人工合成晶体要放籽晶？
二、晶体生长模型
一旦晶核形成后，就形成了晶－液界面，在界面上就要进 行生长，即组成晶体的原子、离子要按照晶体结构的排列方 式堆积起来形成晶体。
布拉维法则图示
2．PBC（周期性键链）理论：
晶面分为三类： F面(平坦面，两个PBC)， 晶形上易保留。 S面(阶梯面，一个PBC), 可保留或不保留。 K面(扭折面，不含PBC), 晶形上不易保留 。
3．居里-吴里弗原理（最小表面能原理）：
晶体上所有晶面的表面能之和最小的形态最稳定。 ************
有什么现象可证明这两个生长模型？
环状构造、砂钟构造、晶面的层状阶梯、螺旋纹
三、晶体生长实验方法




水热法—高温高压生长（高压釜）：晶体原料溶在高温 高压水溶液（溶剂）中； 提拉法—高温常压生长：没有溶剂，也没有助熔剂 ，即 熔体直接生长； 低温溶液生长------低温常压水溶液生长：即常见的从溶 液中结晶出来； 高温熔液生长-------高温常压在助熔剂生长：没有溶剂， 但有助熔剂 （晶体原料熔在另外一种成分的物质中，但 无水）。
总之，是设计出一些方法让晶体生长得完好。每个晶体所适 合的方法不同。
提拉法
水热法
四、决定晶体生长形态的内因
1．布拉维法则(law of Bravais)： 晶体上的实际晶面往往平行于面网密度大的面网 。 为什么？ 面网密度大—面网间距大—对生长质点吸引力小—生 长速度慢 生长速度慢—在晶形上保留 生长速度快—尖灭
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？
能 量
因此，成核过程有一个势垒： 能越过这个势垒的就可以进行 晶体生长了，否则不行。