合成晶体PPT课件

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合成晶体的方法和技术
人工晶体的制备实际上就是把组成晶体的基元（原子、 分子或离子）解离后又重新使它们组合的过程。按照晶 体组分解离手段的不同，人工晶体的制备有三大类。 气相法--使晶体原料蒸发或挥发，包含有化学气相沉 积与射频溅射两种方法。
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熔融法--使晶体原料完全熔化，包含有提拉法、坩埚 相对移动法、区熔法、基座法、冷坩埚法与焰熔法等。 溶液法--使晶体原料溶解在溶液中，具体地包含有水 溶液法、水热法与助熔剂法。水溶液法在常压下生长 晶体，温度约为八、九十摄氏度；水热法是在高温高 压下生长；而助熔剂法则是在常压高温下生长晶体。
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人工晶体的分类
人工晶体的分类： 人工晶体按照功能不同，可粗 略分为半导体晶体，激光晶体，非线性光学晶体， 光折变晶体，闪烁晶体，电光、磁光、声光调制晶 体，压电晶体，红外探测晶体，光学晶体，双折射 晶体，宝石晶体与超硬晶体等十二类。
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相变过程和结晶的驱动力
• 气相生长 • 熔体生长 • 溶液生长
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➢ 对称性：在晶体的外形上，也常有相等的晶面、晶 棱和角顶重复出现。这种相同的性质在不同的方向或 位置上作有规律地重复，就是对称性。晶体的格子构 造本身就是质点重复规律的体现。 ➢ 最小内能 ：在相同的热力学条件下晶体与同种物 质的非晶质体、液体、气体相比较，其内能最小。 ➢ 稳定性 ：晶体由于有最小内能，因而结晶状态是 一个相对稳定的状态。这就是晶体的稳定性。
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气相法
升华法是气相法生长晶体的一种，其装置示意图如 图所示。
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熔融法
焰熔法，又称Verneuil法，是在1890年 由法国科学家Verneuil发明的，用于生 长人工宝石。
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提拉法是被普遍采用 的晶体生长方法。目 前，使用最多的激光 晶体Nd:YAG就是采 用此法生长的。
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水平区熔法实验装置示意图如图所示。该法的创始人 是美国人Pfann，硅单晶生长初期的提纯即采用此法。
第五章 合成晶体
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什么是晶体 • 物质是由原子、分子或离子组成的。当这些微观
粒子在三维空间按一定的规则进行排列，形成空 间点阵结构时，就形成了晶体。因此，具有空间 点阵结构的固体就叫晶体 。 • 晶体又有单晶体和多晶体之分。单晶体就是由同 一空间点阵结构贯穿晶体而成的；而多晶体却没 有这种能贯穿整个晶体的结构，它是由许多单晶 体以随机的取向结合起来的。
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水热法是一种在 高温高压下从过 饱和水溶液中进 行结晶的方法。
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个人观点供参考，欢迎讨论！
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熔体生长
Δ G =Δ H - TΔ S 固液平衡时（Te）：
Δ G = Δ H - TeΔ S = 0 Δ H = TeΔ S
温度为T时：
Δ G =Δ H
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成核
在某种介质体系中，过饱和、过冷却状态的出现，并不 意味着整个体系的同时结晶。体系内各处首先出现瞬时 的微细结晶粒子。这时由于温度或浓度的局部变化，外 部撞击，或一些杂质粒子的影响，都会导致体系中出现 局部过饱和度、过冷却度较高的区域，使结晶粒子的大 小达到临界值以上。这种形成结晶微粒子的作用称之为 成核作用。 介质体系内的质点同时进入不稳定状态形成新相，称为 均匀成核作用。 在体系内的某些局部小区首先形成新相的核，称为不均 匀成核作用。
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晶体的基本性质（通性）
➢ 自范性：自范性是指晶体在适当条件下可以自发地 形成几何多面体的性质。即 晶面数+晶顶数=晶棱数+2
➢ 均一性：从同一方向观察，该方向上的宏观性质与 观察的位置无关
➢ 各向异性：同一格子构造中，在不同方向上质点排 列一般是不一样的，因此，晶体的性质也随方向的 不同而有所差异，这就是晶体的异向性。
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层状生长理论 晶体常生长成为面平、棱直的多面体形态。 在晶体生长的过程中，环境可能有所变化，不 同时刻生成的晶体在物性(如颜色)和成分等方 面可能有细微的变化，因而在晶体的断面上常 常可以看到带状构造。它表明晶面是平行向外 推移生长的。 由于晶面是向外平行推移生长的，所以同种矿 物不同晶体上对应晶面间的夹角不变。 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或 砂钟状构造。
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底部籽晶水冷法 实验装置如示意图。 与提拉法相反，这种 生长方法中坩埚上部 温度高，下部温度低。
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人工合成氧化锆即采用冷坩埚法，因为氧化锆的熔 点高（～2700℃），找不到合适的坩埚材料。此时， 用原料本身作为“坩埚”进行生长 。
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溶液法
水溶液法的基本原理是将原料（溶质）溶解在水中， 采取适当的措施造成溶液的过饱和状态，使晶体在其 中生长。