气相法制备晶体
晶体生长与设计
晶体生长与设计介绍晶体生长与设计是研究晶体形成、生长机制以及晶体结构调控的课题。
通过深入探究晶体生长的原理和方法，有助于控制晶体的形成和性能，从而为材料科学、化学、生物学等领域提供了重要的基础和应用技术。
晶体生长的原理晶体生长是指由一种物质在一定条件下从溶液、气体或熔体中排列有序地结晶形成的过程。
晶体生长的原理包括以下几个方面：原子层面的排列晶体的结构由原子或分子等微观基本单位组成，而晶体生长是通过原子或分子的定向排列逐渐形成。
晶体生长的过程中，原子或分子通过特定的排列方式在晶体表面或溶液中有序堆积，形成具有长程有序性质的结晶。
超饱和度与溶解度晶体生长的过程与溶液中的超饱和度和溶解度密切相关。
当溶液中物质的浓度超过其溶解度时，就会形成超饱和溶液。
超饱和度越高，晶体生长的速度越快。
晶体生长的过程中，物质从超饱和溶液中析出，并逐渐沉积在晶体的表面，从而促进晶体的生长。
形态与结构的调控晶体的生长过程中，其形态和结构可以通过调控生长条件和添加外界因素来改变。
例如，改变反应温度、pH值、添加表面活性剂或控制晶体生长速率等参数，可以调整晶体的形态和尺寸。
此外，通过引入其他物质，如掺杂剂、共晶物质等，可以改变晶体的结构和性能。
晶体生长的方法晶体生长的方法主要包括溶液法、气相法和熔融法等。
不同的方法适用于不同类型的晶体和不同的应用需求。
溶液法溶液法是一种常用且广泛应用的晶体生长方法。
它通过将合适的溶质物溶解在溶剂中，控制溶液的浓度和温度等条件，从而促使晶体在溶液中生长。
溶液法适用于生长各种形态的晶体，如自然晶体、单晶、细晶等。
气相法气相法是利用气相中的原子或分子通过化学反应形成晶体的方法。
它包括物质在气氛中直接沉积或通过气相传输至基底上生长晶体。
气相法常用于生长金属、半导体晶体，以及一些有机小分子的晶体。
熔融法熔融法是将固体物质加热至熔点，使其转变为液体状态后，再通过降温使其重新结晶形成晶体。
熔融法适用于一些高熔点的物质，如金属和高聚物等。
单晶制备方法综述
单晶制备方法综述单晶是指物质中具有高度有序排列的晶体，具有优异的物理、化学和电学性能。
单晶制备是实现高性能材料研制和工业应用的重要一环。
本文将综述几种常见的单晶制备方法。
1.液相生长法：液相生长法是最常见的单晶制备方法之一、它基于溶剂中溶解度随温度变化的规律，利用溶剂中存在过饱和度来实现晶体生长。
在溶液中加入适量的晶种或原料，通过恒温、搅拌等条件控制溶液中的过饱和度，使得晶体在液相中逐渐生长。
液相生长法具有适用范围广、成本低廉、晶体尺寸可控等优点，被广泛应用于多种单晶材料的制备。
2.熔体法：熔体法是通过将材料加热至高温使其熔化，然后再进行快速冷却来制备单晶。
熔体法适用于熔点较高的材料，如金属和铁电材料等。
具体实施时，将原料加热至熔点以上，然后迅速冷却至晶体生长温度，通过控制冷却速率和成核条件等参数，使得材料在熔体状态下形成单晶。
熔体法制备的单晶具有高纯度、低缺陷密度等特点。
3.化学气相沉积法（CVD）：化学气相沉积法是将气体、液体或固体混合物送入反应器中，通过化学反应生成气体中的原子或离子，然后在合适的衬底上生长晶体。
CVD法的主要控制参数包括反应原料、反应条件和衬底选择等，通过优化这些参数可以得到高质量的晶体。
CVD法适用于制备半导体晶体、薄膜和光纤等材料。
4.硅热法：硅热法是指通过将石英管内的硅砂与待制备材料在高温下反应，生成有机金属气体，通过扩散至冷却区域后与基片上的晶种接触形成晶体。
硅热法制备的单晶一般适用于高温超导材料、稀土金属等。
5.水热法：水热法是指在高温高压的水热条件下，利用溶液中溶质的溶解度、晶种和反应物之间的反应动力学及溶质活度等热力学因素来实现晶体生长。
水热法适用于很多无机非金属单晶材料的制备，如氧化物、硅酸盐等。
水热法可以自主调控晶体形貌和尺寸等物理性能。
综上所述，单晶制备方法涵盖了液相生长法、熔体法、化学气相沉积法、硅热法和水热法等多种方法。
不同的方法适用于不同的材料，通过合理选择和控制制备条件，可以得到高质量、尺寸可控的单晶材料，应用于各个领域的研究和应用。
一种硫酸钙晶须的制备方法
一种硫酸钙晶须的制备方法硫酸钙晶须是由硫酸钙晶体生长形成的一种细小晶须状结构。
制备硫酸钙晶须的方法主要有溶液法和气相法两种。
以下将详细介绍这两种方法。
溶液法制备硫酸钙晶须：1. 准备所需材料和试剂，包括硫酸钙溶液、硫酸、甲醇、硝酸钙等。
2. 将硝酸钙溶液加入硫酸中，使其溶解形成硫酸钙溶液。
3. 在反应容器中加入甲醇和硫酸钙溶液，将其搅拌均匀。
4. 将反应容器放入恒温水浴槽中，保持温度在60-70之间。
5. 在恒温水浴槽中加入硫酸，使其浓度逐渐增加，促进硫酸钙晶体生长。
6. 在一定时间内进行反应，观察硫酸钙晶体的生长情况。
7. 可根据需要进行反复溶解和结晶，以得到更纯净的硫酸钙晶须。
气相法制备硫酸钙晶须：1. 准备所需材料和试剂，包括硫酸钙溶液、可用于气溶胶化的溶剂等。
2. 将硫酸钙溶液装入喷雾器中，调节喷雾器的参数，如喷雾流速、喷雾压力等。
3. 将气溶胶生成器置于恒温箱中，通过增加温度促进溶剂的气溶胶化。
4. 调节恒温箱的温度和湿度，使其适合硫酸钙晶须的生长。
5. 控制溶剂的流速和喷雾器的参数，使硫酸钙晶体在气溶胶中生长。
6. 使用样品收集器收集硫酸钙晶须。
7. 可通过适当改变气相反应参数，如温度、湿度、喷雾流速等，以得到所需形状和尺寸的硫酸钙晶体。
无论是溶液法还是气相法制备硫酸钙晶须，制备过程中需要控制反应温度、pH 值、浓度和溶剂等参数，以获得理想的晶须形态。
此外，还可以通过改变反应条件来改变硫酸钙晶体的形貌和尺寸，以满足不同应用需求。
以上就是硫酸钙晶须的两种制备方法，每种方法都有一定的操作步骤和要求。
根据具体的制备需求和实验条件，选择合适的方法进行硫酸钙晶须的制备。
球晶体的名词解释
球晶体的名词解释球晶体，又称球形晶体，指的是一种具有球状结构的固态物质。
它的形状像一个完整的球形，通常呈现出圆润、光滑的外观。
不同于常见的晶体形态，球晶体在科学研究和应用领域中具有独特的特点和潜力。
本文将对球晶体进行详细解释和探讨。
一、球晶体的形成机制球晶体的形成机制主要有两种：自组装和球淀粉。
自组装是指分子或原子以自发的方式组合形成球形结构。
在适当的条件下，分子之间会发生相互吸引力或排斥力，使它们以球状的形式排列。
例如，某些聚合物分子在溶液中发生自组装过程，形成球形结构。
球淀粉是一种特殊类型的淀粉，它在加热或处理过程中形成球状颗粒。
这种颗粒通常由淀粉链通过漏斗状形变形成，并且在适当的条件下会独立形成球晶体。
二、球晶体的结构特点球晶体通常具有以下几个结构特点：首先，球晶体具有高度的对称性，球形结构使得其在各个方向上都具有均匀的性质。
其次，球晶体表面光滑，没有明显的晶体面或界面，这使得球晶体在光学、电学和热学等领域具有独特的性能。
此外，球晶体的尺寸通常在纳米或微米级别，这也为其在纳米技术和生物医学领域的应用提供了可能。
三、球晶体的应用领域球晶体在许多领域中具有广泛的应用前景。
首先，球晶体在光学领域具有独特的折射和散射特性，这使得它们被用于制备高性能的光学材料，如光学滤波器、透镜和光学涂层等。
其次，在电子学中，球晶体的均匀性和高度对称性使其成为制备高效、稳定的电子器件的理想选择。
此外，球晶体还在生物医学、能源储存等领域中得到了广泛的研究和应用。
四、球晶体的制备方法目前，制备球晶体的主要方法包括：溶液法、气相法和胶体法等。
溶液法是最常用的一种方法，它通过适量的化学品在溶液中反应或溶解来形成球晶体。
气相法则是利用气体物质的相互作用，在高温或高压条件下形成球晶体。
胶体法是在胶体溶液中通过控制聚集机制形成球晶体。
这些方法各有优势，可以根据具体需求和材料特性选择适合的制备方法。
五、球晶体的前景和挑战球晶体的独特结构和性质使得它们在各个领域具有广阔的前景。
气相法制备晶体
1、气相法生长晶体的原理
气相生长的原理是将拟生长的晶体材料通过升华、蒸发、分解等过程转化为气态，然后在适当的条件下使它成为过饱和蒸气，经过冷凝结晶而生长出晶体。
用这种方法生长的晶体，纯度高，完整性好。
由于晶体生长的流体相（气相）分子密度很低，气相与固相的比容相差很大，使得从气相中生长晶体的速率要比从熔体或溶液中生长的速率都要低许多，所以这种方法目前主要是用来生长晶须以及厚度大约在几个微米到几百微米的薄膜单晶，即通常所说的气相外延技术。
这是目前气相法中最重要也是发展最为迅速的一个领域。
2、从气相中生长晶体有几种方法？
1）、真空蒸发镀膜法
把待镀膜的衬底置于高真空室内．通过加热使蒸发材料气化（或升华），而沉积在保持于某一温度下的衬底之上，从而形成一层薄膜这一工艺即称为真空蒸发镀膜。
2）、升华法
升华法也属气相生长的一种。
它是将原料在高温区加热升华成气相，然后输送到较低的温度区，使其成为过饱和状态．经过冷凝成核生长成晶体。
主要用来生长小块单晶体、单晶薄膜或晶须。
3）、化学气相沉积法
化学气相沉积法（CVD）是气相生长中很重要的一种生长方法。
它是将金属的氢化物、卤化物或金属有机物蒸发成气相，或用适当的气体做载体，输送至使其凝聚的较低温度带内，通过化学反应，在一定的衬底上沉积，形成所需要的固体薄膜材料的方法的总称。
沉积在衬底上的薄膜可以是单晶态的．也可以是非晶态的。
制备超细晶方法
制备超细晶方法
超细晶是指晶体粒径在纳米级别的晶体，具有较高的比表面积和特殊的物理化学性质，因此在材料科学、化学、生物学等领域具有广泛的应用前景。
制备超细晶的方法有很多种，下面介绍几种常见的方法。
1. 气相法制备超细晶
气相法制备超细晶是指通过气相反应将气态前驱体转化为超细晶。
这种方法具有制备纯度高、晶体尺寸可控、反应条件温和等优点。
常见的气相法制备超细晶的方法有气相沉积法、气相凝胶法、气相热分解法等。
2. 溶液法制备超细晶
溶液法制备超细晶是指通过在溶液中控制反应条件，使溶液中的前驱体转化为超细晶。
这种方法具有制备简单、成本低、晶体尺寸可控等优点。
常见的溶液法制备超细晶的方法有溶胶-凝胶法、水热法、微乳液法等。
3. 机械法制备超细晶
机械法制备超细晶是指通过机械力作用将晶体粉末压制、研磨、球磨等处理，使其晶体尺寸减小到纳米级别。
这种方法具有制备简单、成本低、晶体尺寸可控等优点。
常见的机械法制备超细晶的方法有
高能球磨法、压制法等。
制备超细晶的方法有很多种，每种方法都有其独特的优点和适用范围。
在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的方法进行制备。
现代材料制备科学与技术__四川大学(5)--7单晶材料的制备习题作业答案
Sichuan University
《现代材料制备科学与技术》习题作业答案
第七章 单晶材料的制备
1.阐述气相法生长晶体的基本原理及其方法。
答：气相生长的基本原理可以概括成：对于某个假设的晶体模型，气相原子或分子运动到晶体表面，在一定的条件（压力、温度等）下被晶体吸收，形成稳定的二维晶核。
在晶面上产生台阶，再俘获表面上进行扩散的吸附原子，台阶运动、蔓延横贯整个表面，晶体便生长一层原子高度，如此循环往复即能长出块状或薄膜状晶体。
气相生长的方法大致可以分为三类：（1）升华法，（2）蒸气输运法，（3）气相反应法。
2.试写出Vant Hoff 方程。
答：V ant Hoff 方程是描述温度对溶解度影响的方程：
2ln RT dT x d ∆H -=，式中，x 为溶质的摩尔分数， H 为固体的摩尔溶解热（焓），T 为绝对温度，R 是普适气体常数。
3.何为晶体水热生长法？试简述 —水晶生长技术。
答：晶体水热生长法指在高温高压下的过饱和水溶液中进行结晶的方法。
SiO 2的水热生长技术包括合理控制生长温度、温差、充填度，选择矿化剂和添加剂等。
晶体生长技术-CVD原理
CVD技术的应用领域
半导体工业
CVD技术在半导体工业中应用 广泛，用于制备薄膜材料和器 件，如集成电路、太阳能电池
等。
陶瓷工业
CVD技术可用于制备高性能陶 瓷材料，如高温陶瓷、耐磨陶 瓷等。
航空航天领域
CVD技术可用于制备高性能复 合材料和涂层，提高航空航天 器的性能和寿命。
其他领域
CVD技术在光学、医学、能源 等领域也有广泛应用，如制备 光学薄膜、生物材料、燃料电
晶体生长技术-cvd原理
• CVD技术简介 • CVD原理 • CVD技术分类 • CVD技术优缺点 • CVD技术应用实例
01
CVD技术简介
定义与特点
定义
化学气相沉积（CVD）是一种利用化 学反应在基材表面生成固态沉积物的 技术。
特点
CVD技术具有沉积温度低、基材形状 灵活、可大面积制备等优点，适用于 制备各种高性能材料和器件。
生长速率高
CVD技术可以实现快速生长，提高晶体生长 效率。
生长温度低
CVD技术通常在较低的温度下进行，有利于 生长高质量的晶体。
晶体质量高
CVD技术可以生长出高质量、高纯度的晶体。
CVD技术的缺点
成本高
CVD技术需要使用大量的原材料和能源，导致 成本较高。
生长条件难以控制
CVD技术的生长条件较为复杂，需要精确控制 各项参数，增加了技术难度。
激光诱导化学气相沉积
原理
利用激光诱导气态前驱体发生光化学反应，形成固态薄膜的技术。
特点
沉积速率高，薄膜成分和结构可控，适用于高熔点材料和特殊性能 薄膜的制备。
应用
在光学、半导体、传感器等领域有重要应用。
04
CVD技术优缺点
气相外延法
气相外延法气相外延法（Gas Phase Epitaxy, GPE）是一种重要的半导体材料制备方法，在微电子、集成电路、激光器、光电子器件、太阳能电池等领域有着广泛的应用。
本文将分步骤介绍气相外延法的制备过程。
第一步，制备反应气体。
气相外延法制备先进半导体材料主要分为两类反应：金属有机化合物和卤化物分解反应。
金属有机化合物反应需要使用以氢为载气的惰性气体，如氩气、氮气等，而卤化物分解反应则需要使用卤化氢和氢气。
因此，首先需要制备反应气体。
一般情况下，将高纯度的氢气与其他惰性气体混合，进一步清洁，去除水和杂质，获得高质量的反应气体。
第二步，生长晶体。
将反应气体输送到反应室中，在高温高真空环境下进行晶体生长。
在生长过程中，反应气体被加热，产生反应，使材料表面上的原子形成晶体。
晶体生长时，需要控制反应气体压力、温度和时间等参数。
另外，生长晶体的基板需要与晶体匹配，使晶体能够无缝生长，从而获得更高质量的晶体。
第三步，表征与分析。
在晶体生长完成之后，需要对其进行表征和分析。
主要包括物理测试、化学检测和成像技术等手段。
其中，评价晶体生长质量的主要参数包括生长速度、结晶度、表面平整度等。
此外，还需要对生长的晶体进行精确测量、表征，以保证制备出的晶体符合设计要求。
以上就是气相外延法的制备过程，除了反应气体的制备和晶体生长过程的优化，还需要加强制备过程的监测和控制，确保晶体的生长速度、质量和表面平整度等参数达到要求。
同时，随着材料科学技术的发展，气相外延法的制备过程还有很大的改进和扩展空间，相信未来这一制备方法的应用会更加广泛。
无机材料的制备与表征方法
无机材料的制备与表征方法无机材料是指在化学成分上不包含碳元素的材料，广泛应用于电子、光电子、能源、医药等领域。
无机材料的制备与表征方法是研究无机材料的重要基础，本文将介绍一些常见的无机材料制备与表征方法。
一、无机材料的制备方法1. 溶液法：溶液法是一种常见的无机材料制备方法。
通过将金属盐或金属氧化物溶解在溶剂中，再通过溶液中的化学反应或物理过程，使溶液中的金属离子或金属氧化物发生沉淀或结晶，得到所需的无机材料。
溶液法制备的无机材料具有纯度高、晶体尺寸可控等优点。
2. 气相法：气相法是一种通过气体反应制备无机材料的方法。
常见的气相法有化学气相沉积法（CVD）、物理气相沉积法（PVD）等。
在气相法中，通过将气体反应物引入反应室中，通过热解、氧化还原等反应，使气体反应物在反应室中沉积或结晶形成所需的无机材料。
3. 固相法：固相法是一种通过固体反应制备无机材料的方法。
常见的固相法有固相烧结法、固相反应法等。
在固相法中，通过将反应物粉末混合均匀，然后在高温条件下进行烧结或反应，使反应物发生化学反应，生成所需的无机材料。
二、无机材料的表征方法1. X射线衍射（XRD）：XRD是一种常用的无机材料表征方法。
通过照射样品的X射线，利用样品中晶体的衍射现象，测定样品的晶体结构、晶体尺寸、晶体缺陷等信息。
XRD可以帮助研究人员确定无机材料的晶体结构和相变行为，对材料的性能和应用具有重要意义。
2. 扫描电子显微镜（SEM）：SEM是一种常见的无机材料表征方法。
通过扫描电子束照射样品表面，利用样品表面反射、散射的电子信号，观察样品的形貌、表面形态等信息。
SEM可以提供高分辨率的图像，对材料的表面形貌和微观结构进行观察和分析。
3. 透射电子显微镜（TEM）：TEM是一种高分辨率的无机材料表征方法。
通过透射电子束照射样品，观察样品的透射电子图像，可以获得材料的晶格结构、晶体缺陷、晶体尺寸等信息。
TEM具有高分辨率和高灵敏度的优点，对材料的微观结构和性能研究具有重要意义。
mof制备常用的方法
mof制备常用的方法摘要：MOF（金属有机骨架）是一种由金属离子或金属簇与有机配体构建的多孔晶体材料。
由于其独特的结构和性质，MOF材料在催化、气体吸附和分离、能源存储等领域具有广泛的应用。
本文将介绍一些常用的方法来制备MOF材料，包括热解法、溶剂热法、溶液法和气相法等。
1. 热解法热解法是制备MOF材料最常用的方法之一。
该方法通过将金属离子和有机配体放置在高温炉中进行热解，使其发生反应生成MOF 材料。
热解温度和时间是影响MOF材料形貌和结构的重要参数，需要根据具体的实验条件进行优化。
2. 溶剂热法溶剂热法是一种在有机溶剂中进行反应合成MOF材料的方法。
该方法通过将金属离子和有机配体溶解在有机溶剂中，并在一定的温度和时间下进行反应生成MOF材料。
溶剂的选择和溶液的浓度对MOF材料的形貌和性能有重要影响，需要进行合理的调控。
3. 溶液法溶液法是一种将金属离子和有机配体溶解在溶剂中，通过控制溶液的温度和pH值来制备MOF材料的方法。
该方法具有操作简单、成本较低的优点，适用于大规模制备。
但是，溶液的浓度和反应条件的选择需要进行仔细的优化，以获得高质量的MOF材料。
4. 气相法气相法是一种在气氛中进行制备MOF材料的方法。
该方法通过将金属离子和有机配体蒸发或气化，并在一定的温度和压力下进行反应生成MOF材料。
气相法具有制备纯度高、晶体形貌可控的优点，但对实验条件的要求较高。
总结：通过热解法、溶剂热法、溶液法和气相法等常用方法，可以制备出高质量的MOF材料。
这些方法各有优劣，需要根据实际需求进行选择和优化。
随着对MOF材料的研究不断深入，相信会有更多更高效的制备方法被开发出来，为MOF材料的应用提供更广阔的空间。
单晶定向晶等轴晶
单晶定向晶等轴晶单晶、定向晶、等轴晶是材料科学领域中重要的概念，它们在金属材料、半导体材料等领域有着广泛的应用。
本文将深入探讨这三种晶体结构，介绍它们的特点、制备方法及其在材料科学中的应用，并给出一些相关领域的指导意义。
单晶是指具有完全相同的晶格结构、原子排列有序的晶体。
它们拥有着优秀的物理性能和化学稳定性，常用于制备高性能器件和精密仪器。
单晶的制备方法主要包括凝固法、溶液法和气相法。
其中，凝固法是最常用的一种方法，通过控制凝固速度和温度梯度，可以得到大尺寸、高纯度的单晶。
单晶的应用领域非常广泛，如半导体材料、人工晶体、钢铁材料等。
定向晶是指晶体中只有某一方向的晶面取向相对准确的晶体。
它们拥有均匀的晶体结构和好的机械性能，广泛应用于航空航天、汽车、电子等工业领域。
定向晶的制备方法主要包括凝固法、放射方法和拉锻方法。
其中，凝固法是最常用的方法，通过控制晶体在凝固过程中的取向性，可以得到带有定向晶种子的大块晶体。
定向晶在工业领域的应用非常广泛，如高温合金、航空发动机叶片等。
等轴晶是指晶体中各个晶面的取向相对均匀的晶体。
它们具有优异的韧性和抗变形性能，常用于制备高强度的材料。
等轴晶的制备方法主要包括凝固法和粉末冶金法。
其中，凝固法是最常用的方法，通过控制凝固速度和凝固温度，可以得到均匀的等轴晶。
等轴晶的应用领域非常广泛，如航空航天、机械制造、汽车等领域。
以上三种晶体结构在材料科学中都有着重要的应用价值，并且在制备方法上也有交叉和补充。
在实际应用中，我们可以根据材料的特性和要求选择合适的晶体结构。
例如，在制备高性能器件时，可以选择单晶或定向晶结构；而在制备高强度材料时，可以选择等轴晶结构。
因此，对于材料科学研究和工程实践来说，深入理解和掌握这些晶体结构的特点和制备方法，具有重要的指导意义。
总而言之，单晶、定向晶和等轴晶是材料科学中常见的晶体结构，它们在材料的性能和应用方面各有特点。
通过选择合适的晶体结构和制备方法，可以得到具有良好性能的材料，并在航天航空、电子、机械制造等领域发挥重要作用。
晶体的制备
晶体的制备晶体是在相应的条件下，从溶液或熔体中结晶而成的具有规则周期性排列的三维集合体。
晶体是一种具有高度有序结构的物质，具有一些特殊的物理和化学性质。
晶体在化学、材料、电子学、光学等领域中有着广泛的应用，因此，晶体制备技术是非常重要的。
本文将介绍晶体的制备方法及其参数的优化。
一、晶体制备方法从已知的单晶体种子开始，通过溶液法、溶胶-凝胶法、气相法、熔融法等多种方法进行晶体制备。
1. 溶液法溶液法是制备晶体的主要方法。
它包括了均相成核、自发结晶、控制晶体形貌等几个环节。
在溶解度较高时，调整反应条件使其达到过饱和度，产生过剩离子，再添加一定量的晶种，经过调整，使反应随时间发生，最终获得纯净的晶体。
2. 气相法气相法是在一定的温度和压力下，使气态或气-液相混合物中的物质原子或分子重新组合，成为固态物质。
利用化学气相沉积、物理气相沉积、溅射等方法进行晶体制备。
其中，物理气相沉积常常运用于薄膜及其界面等研究中。
3. 熔融法熔融法是任意组成相同或不同的物质加热至完全熔化，再让其冷却结晶，获得晶体。
这种方法适用于制备某些高熔点物质。
熔融法有两种形式：一是溶解法，即将固体物质加入熔融溶剂中，然后让其冷却结晶；二是溅射法，即将材料表面进行离子轰击，使其原子散开，再冷却进行结晶。
二、参数优化1. 温度和压力温度和压力是影响晶体生长速率的重要参数，一般来说，晶体生长的速率随着温度的上升而增大。
但当温度超过一定值时，晶体生长速率反而会下降，因为高温会导致晶体结构破坏。
压力也会影响晶体的生长。
增加压力可以提高生长速率。
2. 溶液浓度和PH值溶液浓度和PH值也是晶体生长的重要参数。
一般来说，溶液浓度越高，晶体生长越快。
但PH值的作用与溶液浓度不同。
当PH值过高或过低时，晶体的生长会受到抑制。
因此，要根据晶体的物理化学特性和所需的晶体质量，调整溶液的浓度和PH值。
3. 扰动和添加剂扰动和添加剂可以显著影响晶体的生长。
一些机械或液体扰动可以改变生长条件，促进晶体生长。
气相法制备纳米材料
基本原理是先将金属丝固定在一个充满惰性气体510pa的卡头为两个电极它们与一个大电容相连接形成回路加15kv的高电压金属丝在500800ka电流下进行加热熔断后在电流中断的瞬间卡头上的高压在熔断处放电使熔融的金属在放电过程中进一步加热变成蒸气在惰性气体碰撞下形成纳米金属或合金粒子沉降在容器的底部金属丝可以通过一个供丝系统自动进入两卡头之间从而使上述过程重复进行
该法是在惰性气体或活性气体气氛中， 在阳极 板和阴极蒸发材料间加上几百伏的直流电压， 使之 产生辉光放电， 放电中产生的离子撞击在阴极蒸发 材料靶上， 靶材的原子就会由靶材表面溅射出来， 溅 射原子被惰性气体冷却而凝结或与活性气体反应而 形成纳米微粒。原理如图 １ 所示， 用两块金属板分别 作为阳极和阴极， 阴极为蒸发用材料， 在两极间充入 氩气（ ４０～２５０ Ｐａ） ， 两极间施加的电压范围为 ０．３～ １．５ ｋＶ。
对分子质量， 所以粒子直径 ｄ 为：
ｄ＝２ｒ ＝（ ６ｃ０Ｍ／!Ｎ!）
（３）
这表明粒子大小可通过原料源浓度加以控制。
随着反应进行， 气相过饱和度急剧降低， 核成长速率
就会大于均匀成核速率。晶核和晶粒的析出反应必
将优先于均相成核反应， 因此， 从均相成核开始， 由
于过饱和度变化， 超微粉反应就受自身控制， 致使气
综述
气相法制备纳米材料
李 敏， 李 盼， 王维刚
（大庆石油学院 机械科学与工程学院， 黑龙江 大庆 １６３３１８）
摘 要： 阐述了粒子成核、粒径控制和粒子凝聚等气相合成反应的基
非金属晶体纳米材料-概述说明以及解释
非金属晶体纳米材料-概述说明以及解释1.引言1.1 概述非金属晶体纳米材料是指晶粒尺寸在纳米级别的非金属材料。
随着纳米科技的快速发展，非金属晶体纳米材料在各个领域的研究和应用逐渐受到了人们的关注。
与传统的非金属材料相比，非金属晶体纳米材料具有许多独特的特点和优势。
首先，非金属晶体纳米材料具有较大的比表面积。
由于晶粒尺寸较小，相同质量的材料拥有更多的表面积，从而提高了材料的活性和反应性。
这种高比表面积使得非金属晶体纳米材料在催化、传感、吸附等领域表现出卓越的性能。
其次，非金属晶体纳米材料呈现出尺寸效应和量子效应。
由于晶粒尺寸与材料的性质密切相关，当晶粒尺寸在纳米级别时，材料的性质会发生显著变化。
例如，非金属晶体纳米材料的光学、磁学、电学等性能会因尺寸效应和量子效应的存在而表现出新的特点和行为。
此外，非金属晶体纳米材料还可以通过调控晶粒尺寸、形貌和结构来实现对材料性能的精确控制。
通过选择不同的合成方法和条件，可以制备出具有不同性质和功能的非金属晶体纳米材料。
这种可调控性使得非金属晶体纳米材料在能源储存、生物医学、纳米电子器件等领域具有广泛的应用前景。
综上所述，非金属晶体纳米材料具有较大的比表面积、尺寸效应和量子效应以及可调控性等独特特点。
这些特点使得非金属晶体纳米材料在各个领域的研究和应用具有重要意义。
未来，随着对非金属晶体纳米材料制备方法和性能的深入研究，我们可以进一步拓展其应用领域，并实现更多重要科学问题的解决。
1.2 文章结构文章结构部分：本文共分为三个部分：引言、正文和结论。
引言部分主要对非金属晶体纳米材料进行概述，并介绍了本文的结构和目的。
正文部分包括两个小节：非金属晶体纳米材料的定义和特点以及非金属晶体纳米材料的制备方法。
在第一个小节中，我们将详细介绍非金属晶体纳米材料的基本定义和其特点，包括晶体结构、粒径大小、表面性质等方面的特征。
在第二个小节中，我们将探讨制备非金属晶体纳米材料的方法，包括溶胶-凝胶法、气相沉积法、水热合成法等常用的制备方法，同时也会介绍一些新兴的制备技术。
硫酸镍铵晶体-概述说明以及解释
硫酸镍铵晶体-概述说明以及解释1.引言1.1 概述硫酸镍铵晶体是一种具有重要应用前景的化学物质。
它由硫酸镍和铵盐反应制备而成，具有较高的热稳定性和化学稳定性，因此在许多工业和科学领域中得到了广泛的应用。
硫酸镍铵晶体在催化剂、电池材料、电子器件等领域中具有重要意义。
作为催化剂，硫酸镍铵晶体可以用于有机合成反应、燃烧反应等，提高反应速率和产率。
在电池材料领域，硫酸镍铵晶体被广泛应用于镍氢电池、锂离子电池等电池的正极材料，具有较高的容量和循环稳定性。
此外，在电子器件中，硫酸镍铵晶体可作为光学元件、传感器等的重要构成材料。
除了在应用方面的广泛应用，硫酸镍铵晶体在基础研究领域也具有重要意义。
研究人员通过对硫酸镍铵晶体的结构和物性研究，可以深入了解其中的离子排列规律、晶体生长机理等。
这对于研究晶体生长、固态反应机制以及提高晶体质量具有重要的意义。
本文将首先介绍硫酸镍铵晶体的制备方法，包括溶剂热法、水热法等。
然后，将重点讨论硫酸镍铵晶体的物理性质，如晶体结构、晶格常数、热稳定性等。
最后，我们将对硫酸镍铵晶体的应用前景进行总结，并展望未来的研究方向和发展趋势。
通过对硫酸镍铵晶体的深入研究，我们可以更好地了解其在催化剂、电池材料、电子器件等领域中的应用潜力，为相关领域的研究和应用提供有力的支持和指导。
同时，也为晶体生长、固态反应等领域的研究提供了一个有价值的案例，有助于推动相关领域的发展。
1.2 文章结构文章结构部分的内容可以写为：本文主要分为三个部分进行讨论，即引言、正文和结论。
在引言部分，首先会对硫酸镍铵晶体进行概述，介绍其相关背景和意义。
其次，文章的整体结构也会在引言部分进行说明，以帮助读者更好地理解文章整体的逻辑和组织结构。
最后，明确本文的目的，即通过对硫酸镍铵晶体进行研究，探究其制备方法和物理性质。
正文部分将详细介绍硫酸镍铵晶体的制备方法和物理性质。
在制备方法方面，会提供一些常见的制备方法，并对各种方法的优缺点进行比较和分析。
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2.5
4.9 2×107 400 101 9.66
0.25
1.5 1×107 1400 471 11.7
热导率Θ K(Wcm-1K-1) 载流子浓度Ni(cm-3)(300K) 饱和漂移速度 vsat(cms-1)（平行于c轴） 电子迁移率μ e (cm2V-1s-1) （μ
⊥/ μ ∥）
1.5×103 5×109
原料利用地效率
•SiC单晶的掺杂：
N原子，作n型掺杂
Al，B，Be，Ga， O， Se等原子作p型掺杂，Al具 有浅的受主能级, 最常用
•主要杂质：
V，Ti，Ni和Al等金属
•SiC单晶的缺陷：
微管、位错、层错、多型性、异质包裹物、小角度 晶界和平面六方空洞等 籽晶自身缺陷在晶体生长过程中进一步的延伸
分别加热到相应温度的各元素喷射出的分子流在衬底上生 长出极薄的（可薄至单原子层水平）单晶体和几种物质交 替的超晶格结构
• 分子束外延用途
第四族元素半导体，像 Si, Ge 和C III-V族化合物半导体: GaAs, AlAs, InAs, GaSb 和 InP II-VI族化合物半导体 : ZnSe, CdS, 和 HgTe
薄膜技术与应用
真空蒸发法（三）
徐闰 2006 冬
气相法-化学气相沉积法-气相外延生长：硅外延
化学气相沉积定义:
使用一种或数种物质的气体，或使用载流气体(氢气)通过液态源 冒泡并携带源蒸汽，进入反应腔，以某种方式激活后，在衬底 表面发生化学反应．并淀积出所需薄膜晶体的生长技术
发展历史：
•1800年，用它来提炼难熔金属 •20世纪初，用其生产白炽灯钨丝 •20世纪50年代，用于生产硬质金属涂层 •20世纪60年代，用于半导体材料的制备，如在开管气态输送系 统中，硅的气态化合物(SiCl4, SiHCl3, SiH2Cl2, SiH4)与氢气发生 还原反应或自身分解反应，生成硅单晶，并沉积硅衬底表面 28
SiC多型结构与温度的关系
Lely法主要缺点
I. 温度过高，对高温和成核过程难以进行控制 II. 晶体生长率低（约1％－3％） III. 晶体结构类型和物理电参数分散 IV. 结晶的尺寸相当小（平均为3-5nm)
V. 生长成本高，且难提供所需地数量和质量
VI. 无掺杂的晶体含有1016 -1017杂质，来自氩气中残 余氧气，n型导电
气相法-物理气相沉积-升华-凝结法-以SiC 为例 升华生长过程：
• 在高温区蒸发原料，利用蒸汽扩散，让固体顺着温度梯度 通过，晶体在冷端形成并生长的方法 • 固→气→固
气相输运的三个阶段：
• 在固体原料上的反应(升华：固→汽) • 气体中挥发物的输运(输运：汽→汽) • 在晶体形成处的逆反应(凝华：汽→固)
1.5×105 1.5×1010
800 40 9.72
1000 115
0.7-0.83 6
空穴迁移率μ h (cm2V-1s-1)
ε
T
SiC与Si的性能比较
碳化硅制备方法-Lely法
I. 一个空腹地圆筒 II. 1atm氮气或其他气体做 保护性
III. 工业级SiC进石墨坩锅
IV. 加热1小时到25000C，保 温6小时 V. 分解和升华，产生Si和 SiC蒸气 VI. 然后在低温处凝聚成SiC 晶体 VII.切断加热功率，冷却时保 护气体一直保持到结束
改进Lely法的生长条件
I. 生长温度约18000C，真空度10-3-10-4mbar
II. 生长区地温度梯度30-40 0C/cm
III. 生长速率和气体介质的成分和压力有关
IV. 籽晶用(0001)晶面或偏离（0001）一定角度地晶 面，但多型结构会出现
V. (1100)或(1120)面作籽晶不存在这个问题
•碳化硅是一种天然超晶格，又是同质多型体，其晶格 常数，a相同，而c则是多值量
有理想的晶体化学相容性，形成能很接近
同质多型体之间具有很高的能量势垒
•碳化硅的键的离子性为12％，因硅和碳的电负性分别 为1.8和2.6 •碳化硅和氮化铝具有极好的晶化相容性，可人工合成 异质多型结构
物理性质：
•硬度高：碳化硅莫氏硬度9.2-9.3，金刚石10，黄玉8 •耐磨性高：金刚石10，刚玉9，碳化硅9.15 •热稳定性好：28300C
缺点：
设备较复杂、昂贵。 膜厚的重复性差（激光能量有涨落）。 蒸发过程不易控制
薄膜技术与应用
真空蒸发法（三）
23
徐闰 2006 冬
气相法-物理气相沉积-分子束外延法
贝尔实验室的J. R. Arthur 和 A. Y. Cho在1969年发明
分 子 束 外 延 生 长 系 统 图
24
• 生长室与标准机械泵，吸附泵，离子泵，液氮冷阱，钴升华 泵等构成的真空系统相连，以保证各室的真空度为10-8 -10-9 Pa,外延生长时10-7Pa • 生长室内有多个由氮化硼，石英或石墨做的坩埚，外绕钨丝 加热，并用热电偶控温 • 气态分子从坩埚开口处射出形成分子束射向衬底，由炉口的 快门控制分子束地发射与中止
大 改进的Lely法： 体 生长过程： 积
•原料的分解升华 •质量传输
SiC
•籽晶上的结晶
三个重要参数：
生长温度： 温度梯度 反应室的压力
单 晶 体 的 基 本 方 法
籽晶品质及取向决定着SiC体单晶的多型结构和品质 温度梯度和气体压力控制输运过程，即生长速率；通过调节坩埚与线圈的相对 发射炉对面的带有加热器地衬底架
• 为了对衬底表面清洁处理，还装有离子枪 • 监控系统一般包括四极质谱仪，俄歇谱仪，高、低能电子衍 射仪等监测残余气体和分子束流的成分，表面成分，化学计 量比，表面沾污等晶体表面结构
• 分子束外延的原理
将半导体衬底放置在超高真空腔体中，和将需要生长的单 晶物质按元素的不同分别放在喷射炉中
2830oC，35atm，19atom%
1408oC，5X10-3atom%
不能从熔体相中制备SiC
SiC和Si的电学性能比较
3C-SiC
带隙Eg(eV)(T<5k)
4H-SiC 6H-SiC 3.26 3.02
Si 1.12
2.4
临界雪崩击穿电场Eb(MV
cm-1)
2.12
3.2
2.2
3.7 2×107
分子束外延特点
非常低的沉积速率，典型的为 0.11um/hr or 1A/sec,特别适 合生长超晶格 工作于超高真空的环境中 使用非常纯的材料 非常好的可控制的生长 薄膜一般有良好的晶态结构 一般用于生长多元物质 极低的生长速率使材料的生长的温度越低 MBE是在超高真空中进行的，而且衬底和分子束源相距较远 ，因此可用多种表面分析器实时观察生长面的成份，结构及 生长情况 MBE的衬底温度低，降低了界面上热膨胀引入的晶格失配效 应和衬底杂质对外延层的自掺杂扩散影响
化学气相沉积类型
根据反应类型不同分为热解化学气相沉积、化学合成 气相沉积、化学输运反应 1、热解化学气相沉积 热解化学气相沉积是指一般在简单的单温区炉中，在 真空或惰性气氛下，加热衬底至所需温度后，导入 反应气体使之发生热分解，最后在衬底上沉积晶体 材料
条件是分解原料易挥发，蒸气压、反应活性高 (1) 氢化物： 氢化物M-H键的离解能、键能都比较小，热解温 度低，唯一的副产物是没有腐蚀性的氢气 (2) 金属有机化合物： 金属烷基化合物，其中 M-C 键能小于 C-C 键能， 可广泛用于沉积高附着性的粉末和金属膜
化学气相沉积优缺点
优点：
• 沉积装置简单 • 可在大大低于其熔点或分解温度下制造耐熔金属和各种碳化物，氮化物， 硼化物，硅化物和氧化物薄膜 • 反应源材料易获得，制备同一种薄膜可选用不同的化学反应 • 改变和调节反应物的成分，可控制薄膜的成分和特性，灵活性较大 • 适用于在形状复杂的零件表面和内孔镀膜
单晶生长过程中由于偏离化学计量比而形成缺陷
气相法-物理气相沉积-激光磨蚀法
利用高能激光作为热源来生长薄膜晶体的技术 光源可采用红宝石激光器，二氧化 碳激光器和准分子激光器等 激光特点：方向性强；单色性好； 相干度高；能量密度大
原理和结构示意图
汤斯
梅曼
激 光 器
第一台激光和发明者
优点：
激光能量密度高（105—107W/cm2，脉冲激光可达109W/cm2） 蒸发时间非常短，蒸发速率非常高 激光器处在真空室之外，激光能量使材料表层局部加热蒸发 ，形成一特殊的蒸镀方法 可以蒸镀能吸收激光的高熔点材料，在蒸镀合金和化合物时 ，可以得到与原材料的化学配比相一致的薄膜 激光与固体相互作用，在表面产生等离子体，能量可达10－ 103eV，使原子在基体表面有很高的扩散速度
Lely法基本情况
• 1955年，荷兰菲利普研究室Lely，用升华法制备 杂质数量和种类可控的具有足够尺寸的碳化硅单 晶体 • 在真空或惰性气氛中工作，在熔炉坩埚中央温度 最高，顶部和底部降到最低值
• 碳化硅不完全分解，剩余的碳在氧气中燃烧排除， 在炉膛顶部和底部生长出尺寸10mm以下的针状 或片状碳化硅，主要是六方碳化硅
没有物理限制，已获得晶体 尺寸为60×60×30（mm3）
否
无规律性
可以
位错密度(cm-2)及分布 特征
控制晶体基本组分地可能性
102-104，不均匀， 103-105，均匀，有减小趋势
否
1016 1019 <3
残留地杂质密度(cm-3)
最大施主，受主掺杂浓度(cm-3)
可以 1015，有减少趋势
1021 >90
SiC的命名原则：
由表征原胞中原子层数目的数字,表征原胞对称性的 字母以及括号间的数字三部分组成 • 立方对称用字母C表示（β－SiC） • 三角晶体，具有原始的菱面体用R，具有六方平 行六面体结构用H（ α－SiC） • 括号中的数字表示一个单胞的重复层数