水热法人工晶体生长的原理及应用
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摘要 ： 工合成 晶体的方法有很 多， 人 本文着重论述 了利用水热法合成人工晶体的基本原理以及影响 因素 ， 同时还介绍
了水 热 法合 成 人 工 晶 体 的 应 用 。 关键Hale Waihona Puke Baidu词 ： 热 法 ； 工 晶 体 ； 成 水 人 合
ｄ ｉ１ ． ６ ￣ｉｓ． ０ － ２７２ １．５０ ２ ｏ：０３ ９ ． ｎ１ ８ １６ ． ００ ．２ ９ ｓ ０ ０ 中图分类号 ： ７ １ ０ ８ 文献标志码 ： Ｅ 文章编号 ：０ ８ １６ （０ ０ ０ — ６ — ２ １０ — ２７ ２ １ ）５ ０ １０
第２ 第５ ４卷 期 ２１ ００年 ９月
天
津
化
工
Ｔａ ｊ ｈ ｍ ｃｌ ｎ ｕ ｔ ｉ ｉＣ ｅ ｉ ｄｓ ｎｎ ａＩ ￣
Ｖｏ ．４ ＮＯ５ １２ ． Ｓ ｐ．０１ ｅ ２ ０
・
讲座 ・
水热法人工 晶体 生长 的原 理及应用
刘菊
（ 天津渤海职业技 术学院， 天津 ３０ ０ ） ０４ ２
１２ 水 热条件 下影 响晶体 生长 的 因素 －
１２１ 温度 对 晶体 生 长的影 响 －＿
温 度影 响化 学反 应 过程 中的物 质 活性 ， 响生 影
成 物质 的种 类 。如采 用水 热法合 成 ａＡ ，时， — １ 嘲 矿化 Ｏ 剂 为 ０１ ｌ Ｏ ． ／ Ｋ Ｈ和 １ ｏＬＫ ｒ 充度 为 ３ ％， ｍｏＬ ｍ ｌ Ｂ， ／ 填 ５ 以 Ａ（ Ｈ）为前驱 物， ３０Ｃ， １Ｏ ， 在 ８ ￣ 只生 成 薄水铝 石 ， 同 而
生物领域有着广泛的作用。用于人工晶体生长的方 法 有 多种 ， ： 如 物理 气 相 沉 淀 、 热 法 、 温溶 液 生 水 低
长 、 晶提拉 、 籽 坩埚 下降 等 。其 中水 热法 晶体生 长可 以使 晶体 在非 受 限 的条件 下 充分 生长 ， 以长 出形 可 态各异 、 晶完 好 的晶体 而受 到广泛应 用 。 结
子 团 的形 式 进 入 溶液 （ 解 阶 段 ）（ ） 于体 系 中 溶 ；２ 由
收稿 日期 ：０ ０ １ — ０ ２ １— ０ ２ 作者简介 ： 刘菊（ ９ ９ ）女 ， １ ７ 一 ， 天津人 ， 本科 ， 工学学士 ， 主要研究化学 教学。
６ ２
运 阶段 ）（ ） ；３ 离子 、 分子或离子团在生长界面上吸
附 、 解 与脱 附 ；４ 吸附 物质 在界 面上 的运 动 ；５ 分 （） （）
结 晶 （ 、、 ３ ４ ５统称 为结 晶 阶段 ） 同时利用 水热 法生 。
长 人 工 晶体 时 由于 采 用 的 主要 是 溶解 一再 结 晶机 理， 因此 用 于 晶体生 长 的各 种化 合 物在水 溶 液 中 的 溶解 度 是 采 用 水 热 法进 行 晶体 生 长 时必 须 首 先 考
水晶的合成 、 陶瓷粉末材料的制备和人工宝石 的合 成 等领 域 。
样条件下在 ３ ８ 生成薄水铝石 和 ａＡ ， ８ｏ Ｃ — １ 的混合 ０
物； 当温 度升 到 ３ ５ ９ ℃以上 时 ， 全转 化 为 ａＡ ， 完 —１ 。 ０ 这 是 因为 温度 改 变 了晶体 生 长基 元 的激 活能 ， 在较 高 温 度 Ｏ 一 比低 温下 的 Ｏ 一 Ｈ要 Ｈ 活泼 ， 以在 ３５Ｃ 所 ９ ￣ 以上 ，ｌ（ Ｈ）分 子 的全 部 羟基 脱水 生成 ａＡ２， Ａ Ｏ ， －１ ， ０ 而在较低温度时， １（ Ｈ）分子的部分羟基脱水而 Ａ Ｏ ，
生成 Ａ ０ Ｈ。 １Ｏ
１ 水 热 法 晶体 生 长 的 基 本 原 理 及 影 响 因素
１１ 晶体 生长 的基 本原 理 ．
水热 法又 称热 液 法 ， 晶体 的热 液 生长 是 一种 在 高温 高压下 过饱 和溶液 中进行 结 晶的方法 。它 实质
上是 一种 相变 过 程 ， 即生 长基 元从 周 围环 境 中不 断
的。利用釜 内上下部分 的溶液之问存在 的温度差 ， 使 釜 内溶液 产 生强 烈对 流 ， 而将 高温 区 的饱 和溶 从
液 放人 带有 籽 晶 的低 温 区 ， 形成 过饱 和溶 液 。根据
为 ８％时 ， ５ 其生长速率对数与绝对温度的倒数呈线
性 关 系［ ３ １ 。
经典的晶体生长理论 ， 水热条件下晶体生长包括 以 下 步骤 ：１营养 料 在 水 热 介 质里 溶 解 ， 离 子 、 （） 以 分
在温 差 和其他 物 理 、化学 条 件恒 定 的情 况 下 ， 晶体 的生长 速率一 般 随着温 度的提 高而加 快 。人 造
水 晶在 ｌ ｏ ＬＮ Ｏ 溶 液 中 ， 差 为 ３ ￣ 填 充 度 ｍ ｌ ａ Ｈ ／ 温 ０Ｃ，
地 通 过界 面而 进入 晶格 座 位 的过 程 ， 热 条件 下 的 水 晶体 生 长是 在 密 闭很 好 的 高 温 高压 水 溶 液 中进 行
当今 ， 高 新 技 术 材料 领 域 中 ， 工 晶体 作 为 在 人
一
存 在 十 分 有 效 的热 对 流 及 溶 解 区 和生 长 之 间 的 浓 度差 ， 这些 离 子 、 分子 或离 子 团被输 运 到生 长 区 （ 输
种 特种 功 能 材料 ， 材料 学 、 学 、 电子 、 在 光 光 医疗
虑的 。
水热法可用于生长各种大的人工晶体 ， 制备超 细 、 团 聚或少 团聚 、 晶完好 的微 晶【 无 结 Ｉ Ｊ 。适合 生 长
熔 点 较 高 ， 有包 晶反 应 或 非 同 成 分融 化 ， 在 常 具 而 温 下又 不溶 解各 种 溶剂 或溶 解后 即分解 ， 能 再结 不 晶的 晶体材 料 。与其 他 的合 成方 法 相 比 ， 热 法合 水 成 的 晶体 具 有纯 度 高 、 陷少 ， 应 力 小质 量 好 等 缺 热 特点 。近年来 随 着科 学技 术 的不 断 发展 ， 热法 合 水 成技 术得 到广 泛 应用 ， 技术 已成 功 地应 用 于人 工 该
了水 热 法合 成 人 工 晶 体 的 应 用 。 关键Hale Waihona Puke Baidu词 ： 热 法 ； 工 晶 体 ； 成 水 人 合
ｄ ｉ１ ． ６ ￣ｉｓ． ０ － ２７２ １．５０ ２ ｏ：０３ ９ ． ｎ１ ８ １６ ． ００ ．２ ９ ｓ ０ ０ 中图分类号 ： ７ １ ０ ８ 文献标志码 ： Ｅ 文章编号 ：０ ８ １６ （０ ０ ０ — ６ — ２ １０ — ２７ ２ １ ）５ ０ １０
第２ 第５ ４卷 期 ２１ ００年 ９月
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Ｖｏ ．４ ＮＯ５ １２ ． Ｓ ｐ．０１ ｅ ２ ０
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讲座 ・
水热法人工 晶体 生长 的原 理及应用
刘菊
（ 天津渤海职业技 术学院， 天津 ３０ ０ ） ０４ ２
１２ 水 热条件 下影 响晶体 生长 的 因素 －
１２１ 温度 对 晶体 生 长的影 响 －＿
温 度影 响化 学反 应 过程 中的物 质 活性 ， 响生 影
成 物质 的种 类 。如采 用水 热法合 成 ａＡ ，时， — １ 嘲 矿化 Ｏ 剂 为 ０１ ｌ Ｏ ． ／ Ｋ Ｈ和 １ ｏＬＫ ｒ 充度 为 ３ ％， ｍｏＬ ｍ ｌ Ｂ， ／ 填 ５ 以 Ａ（ Ｈ）为前驱 物， ３０Ｃ， １Ｏ ， 在 ８ ￣ 只生 成 薄水铝 石 ， 同 而
生物领域有着广泛的作用。用于人工晶体生长的方 法 有 多种 ， ： 如 物理 气 相 沉 淀 、 热 法 、 温溶 液 生 水 低
长 、 晶提拉 、 籽 坩埚 下降 等 。其 中水 热法 晶体生 长可 以使 晶体 在非 受 限 的条件 下 充分 生长 ， 以长 出形 可 态各异 、 晶完 好 的晶体 而受 到广泛应 用 。 结
子 团 的形 式 进 入 溶液 （ 解 阶 段 ）（ ） 于体 系 中 溶 ；２ 由
收稿 日期 ：０ ０ １ — ０ ２ １— ０ ２ 作者简介 ： 刘菊（ ９ ９ ）女 ， １ ７ 一 ， 天津人 ， 本科 ， 工学学士 ， 主要研究化学 教学。
６ ２
运 阶段 ）（ ） ；３ 离子 、 分子或离子团在生长界面上吸
附 、 解 与脱 附 ；４ 吸附 物质 在界 面上 的运 动 ；５ 分 （） （）
结 晶 （ 、、 ３ ４ ５统称 为结 晶 阶段 ） 同时利用 水热 法生 。
长 人 工 晶体 时 由于 采 用 的 主要 是 溶解 一再 结 晶机 理， 因此 用 于 晶体生 长 的各 种化 合 物在水 溶 液 中 的 溶解 度 是 采 用 水 热 法进 行 晶体 生 长 时必 须 首 先 考
水晶的合成 、 陶瓷粉末材料的制备和人工宝石 的合 成 等领 域 。
样条件下在 ３ ８ 生成薄水铝石 和 ａＡ ， ８ｏ Ｃ — １ 的混合 ０
物； 当温 度升 到 ３ ５ ９ ℃以上 时 ， 全转 化 为 ａＡ ， 完 —１ 。 ０ 这 是 因为 温度 改 变 了晶体 生 长基 元 的激 活能 ， 在较 高 温 度 Ｏ 一 比低 温下 的 Ｏ 一 Ｈ要 Ｈ 活泼 ， 以在 ３５Ｃ 所 ９ ￣ 以上 ，ｌ（ Ｈ）分 子 的全 部 羟基 脱水 生成 ａＡ２， Ａ Ｏ ， －１ ， ０ 而在较低温度时， １（ Ｈ）分子的部分羟基脱水而 Ａ Ｏ ，
生成 Ａ ０ Ｈ。 １Ｏ
１ 水 热 法 晶体 生 长 的 基 本 原 理 及 影 响 因素
１１ 晶体 生长 的基 本原 理 ．
水热 法又 称热 液 法 ， 晶体 的热 液 生长 是 一种 在 高温 高压下 过饱 和溶液 中进行 结 晶的方法 。它 实质
上是 一种 相变 过 程 ， 即生 长基 元从 周 围环 境 中不 断
的。利用釜 内上下部分 的溶液之问存在 的温度差 ， 使 釜 内溶液 产 生强 烈对 流 ， 而将 高温 区 的饱 和溶 从
液 放人 带有 籽 晶 的低 温 区 ， 形成 过饱 和溶 液 。根据
为 ８％时 ， ５ 其生长速率对数与绝对温度的倒数呈线
性 关 系［ ３ １ 。
经典的晶体生长理论 ， 水热条件下晶体生长包括 以 下 步骤 ：１营养 料 在 水 热 介 质里 溶 解 ， 离 子 、 （） 以 分
在温 差 和其他 物 理 、化学 条 件恒 定 的情 况 下 ， 晶体 的生长 速率一 般 随着温 度的提 高而加 快 。人 造
水 晶在 ｌ ｏ ＬＮ Ｏ 溶 液 中 ， 差 为 ３ ￣ 填 充 度 ｍ ｌ ａ Ｈ ／ 温 ０Ｃ，
地 通 过界 面而 进入 晶格 座 位 的过 程 ， 热 条件 下 的 水 晶体 生 长是 在 密 闭很 好 的 高 温 高压 水 溶 液 中进 行
当今 ， 高 新 技 术 材料 领 域 中 ， 工 晶体 作 为 在 人
一
存 在 十 分 有 效 的热 对 流 及 溶 解 区 和生 长 之 间 的 浓 度差 ， 这些 离 子 、 分子 或离 子 团被输 运 到生 长 区 （ 输
种 特种 功 能 材料 ， 材料 学 、 学 、 电子 、 在 光 光 医疗
虑的 。
水热法可用于生长各种大的人工晶体 ， 制备超 细 、 团 聚或少 团聚 、 晶完好 的微 晶【 无 结 Ｉ Ｊ 。适合 生 长
熔 点 较 高 ， 有包 晶反 应 或 非 同 成 分融 化 ， 在 常 具 而 温 下又 不溶 解各 种 溶剂 或溶 解后 即分解 ， 能 再结 不 晶的 晶体材 料 。与其 他 的合 成方 法 相 比 ， 热 法合 水 成 的 晶体 具 有纯 度 高 、 陷少 ， 应 力 小质 量 好 等 缺 热 特点 。近年来 随 着科 学技 术 的不 断 发展 ， 热法 合 水 成技 术得 到广 泛 应用 ， 技术 已成 功 地应 用 于人 工 该