人工晶体PPT课件

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图3 晶体生长与相关晶体学研究的相互关系
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晶体生长分类，按其生长单晶体时的 原料（母相）状态，可分为： （一）、液相---[1]溶液；[2]熔体 。 （二）、气相 （三）、固相 （四）、薄膜技术，近年来，一种叫 “成膜技术”的生长方法在快速发展 。
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（一）液相生长法 【1】溶液生长
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（二）气相生长法
• 原理：采用蒸汽压较大的原料，在适当的条 件下使其蒸汽凝结成为晶体。
• 特点：适宜生长薄膜、晶须、板状晶体。 （三）固相生长法 • 原理：固态原料在异常的温度、压力下，使
• 简单一句话：用人工的方法培养或合成出 来的单晶体。
• 人工晶体特点：与天然晶体相比，它具有 可控的生长规律和习性，可按照人们的意 志在适当环境条件下，利用适当的设备， 合成或生长出具有较高实用价值的晶体结 构，也可根据应用对象的性能需求，生长 出满足特定应用要求的人工晶体来。
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• 在此介绍一种新概念。
人工晶体
适于材料学无机非金属材料专业
吉林大学材料科学与工程学院
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绪论
一、晶体的概念
关于晶体我们已在矿物学中 学习了这方面的知识，在这里有 必要进行简要的回顾，以帮助同 学们理解人工晶体方面的知识。
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你们所知道的晶体是从矿物 学获得的。矿物是自然界中的化 学元素，在地质作用下所形成的 天然单质或化合物;在一定的物理 化学范围内，具有相对固定的化 学组成和内部结构，是组成岩石 和矿石的基本单元。绝大多数矿 物都是固态无机物，并且基本上 是晶质矿物.
格子状构造（空间格子）：晶体内部结构中 质点在三维空间作格子状 排列的几何图形。
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• 现代晶体概念：内部同种质点在三维空 间成周期性重复排列的固体。
• 即:具有格子状构造的固体。这种固体 被称为：结晶质（图3a）。
• 晶体：结晶质在空间的有限部分即为晶 体。
因此，现代人判定某种固体是否为晶 体，不是看其是否有规则的几何多面体 外形。而是要看其内部质点是否做有规 则的排列。
晶体生长是晶体学的一个年轻的分支。从历史发 展看，晶体生长曾经是一种经验工艺，理论研究远落 后于实践。
20世纪50年代后，新科学技术迅猛发展，人们不但 要求合成大块的晶体，而且要求高质量的晶体。因此， 人工晶体生长理论受到人们的重视，理论研究的不断 深入，促进了晶体生长工艺的飞速发展，新的晶体生 长方法不断出现，使晶体生长发展成为独立的崭新的 学科--晶体生长学，它是晶体学中一支年轻的分支。 它与相关学科的关系如图3所示。
一千年前，宋代人就已经从海水中晒盐，实际上 这就是“从过饱和溶液中生长晶体”的方法。此种 方法的原理一直沿用至今，且可以生长出很多种晶 体，特别是高、精、尖技术领域应用的器件采用此 方法的较多：如K2H2P04(磷酸钾，一种激光晶体)、 Li2Nb03.2H20(铌酸锂，一种压电晶体,主要用 于手机)。
基本原理：将原料（溶质）溶解于溶剂中，使其 保持过饱和，然后采取措施（蒸发、降温），使 溶质在仔晶表面析出长成晶体。 特点：容易生长出均匀良好的大块晶体；可在远 低于其熔点的温度下生长晶体，可直接观察晶体 生长情况。 缺点：生长周期长，影响因素多，控温要求高。 【2】溶体生长 基本原理：生长过程是先将固体加热熔化，通过 降温使熔体逐渐凝固成为固体。 特点：生长速率快，纯度高，晶体完整性好。
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(a)石英晶体
(b)方解石晶体
图 1 呈几何多面体外形的晶体
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在古代，人们把具有天然几何多面体外形 的矿物称做为晶体(典型的如石英)。现在看 来，这一认识是不准确的，至少是不全面的。
18世纪以来，人们已从理论上推断，晶体 的几何外形是内部原子规则排列的结果。20 世纪X-射线方法的出现，揭示了晶体的真正 含义--晶体内部具有格子状构造（图2）。证 实了这一推断的正确性。
上述产品均已进入国际市场参与竞争。
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[二]在西方：人工晶体培养大约是
在19世纪初欧洲开始：焰熔法-1902
年；水热法-1905年；提拉法-lOl7年。
1949年，英国法拉第学会，举行了
世界上第一次关于晶体生长的学术讨
论会，这次会议奠定了晶体生长的理
论基础。
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三、晶体生长分类
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古时人造辰砂(HgS)也称银朱、朱砂， 就是用”气相沉积法”(升炼)制备出的晶 体，“炼丹术”。
我国现代人工晶体材料的研究，始于上 个世纪50年代中期，经历了一个从无到有， 从零星的实验研究，再到初具规模的产业 迅速发展的过程，主要领先的领域有：
1．人造水晶(Si02)， 2．人造金刚石(C、SiC)， 3．人造宝石(A1203)， 4．人造云母(铁硅酸盐矿物)。
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晶体的分布是广泛的，不只局限 于矿物的范畴，如：白糖、钢铁、 合金、陶瓷、大多数的固体化学药 品等；也不只限于天然的，人工方 法合成的晶体也在其列。如：具有 全部生物活力的蛋白质--结晶牛胰 岛素。因此，可以说，只要是内部 具有格子状构造的固体，无论其是
否天然、人工，都可称其为Hale Waihona Puke Baidu体 。
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有些外形似晶体的物质, 如：玻璃、琥泊、玛瑙、松 香等，它们的内部质点不做 规则排列（图3b）即：不具 有格子状构造，称其为非晶 质体。
何谓人工晶体?...
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图2 格子状构造
(a)
(b)
图 3 (a)石英SiO2晶体与(b)石英玻璃 的结构示意图
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人工晶体：人类根据结晶物质的物理化学特 性，在认识并掌握一般的生长规律的基础 上，采用多种单晶体生长技术或方法以及 生长设备而生成或合成出的。
• 类晶体：原子排列有序，但没有周期性。 它是一种固体。
• 性 质：硬度极高，摩擦系数低，有很高 的抗腐蚀性，抗磨损性。
• 类晶体是1982年由美国能源部的埃姆斯 实验室开发成功。这一发现，改变了固 体只有晶体 + 非晶体的形式。
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二、人工晶体发展概况
-简 介
[一]在中国：我们的祖先与晶体打交道从史前就 已开始，北京猿人-蓝田人在50万年前使用的工具之 一，石英，就是典型的晶体。