晶体生长基元与晶体结晶习性
晶体的生长机理
综合控制机理
晶体生长事实上是极为复杂的过程 , 特别是自溶液中的生长 ,一般情况下 ,控 制晶体生长的机理都不止一种 ,而是由单 核层机理、 多核层机理和扩散控制生长 机理的综合作用 ,控制着晶体的生长。
四、晶体的生长模型
晶体生长的三个阶段：首先是介质达到 过饱和、过冷却阶段；其次是成核阶段，即 晶核形成阶段；最后是晶体的生长阶段。 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。
“基元” 过程的主要步骤：
基元的形成
基元在生长界面的吸附
基元在界面的运动
基元在界面上结晶或脱附
三、晶体的生长机理
扩散控制机理
从溶液相中生长出晶体 ,首 要的问题是溶质必须从过饱和溶 液中运送到晶体表面 ,并按照晶 体结构重排。若这种运送受速率 控制 ,则扩散和对流将会起重要 作用。当晶体粒度不大于10μm 时 ,在正常重力场或搅拌速率很 低的情况下 ,晶体的生长机理为 扩散控制机理。
位错控制机理
当溶液的饱和比小于 2 时 ,表面成核速率极低 ,如果每个表面晶 核只能形成一个分子层 ,则晶体生长的实际速率只能是零。事实上 , 很多实验表明 ,即使在 S = 1101 的低饱和比条件下 ,晶体都能很容 易地进行生长 ,这不可能用表面成核机理来解释。1949 年 Frank[3 ] 指出 ,在这种情况下晶体的生长是由于表面绕着一个螺旋位错进行 的缠绕生长,螺旋生长的势能可能要比表面成核生长的势能大 ,但是 , 表面成核一旦达到层的边界就会失去活性 ,而螺旋位错生长却可生 长出成百万的层。由于层错过程中 ,原子面位移距离不同 ,可产生不 同类型的台阶(如图 1) 。台阶的高度小于面间距 ,被称为亚台阶;高 度等于面间距的台阶则称为全台阶。这两类台阶都能成为晶体生长 中永不消失的台阶源。
化学晶体生长
化学晶体生长化学晶体生长是指无机物质或有机物质在固态中形成有序排列的晶体结构的过程。
这是一门涉及化学、物理和材料科学的综合学科，对于理解晶体的性质和应用具有重要意义。
本文将介绍化学晶体生长的基本原理及其应用。
一、晶体的结构与形成晶体是由原子、离子或分子通过空间有序排列而形成的固体。
在晶体中，原子、离子或分子按照规律的方式组成晶胞，晶胞的重复堆积构成晶体的空间结构。
晶体的生长过程包括凝聚核的形成、晶体单位元的逐渐有序排列和晶体尺寸的增长。
晶体生长的速度受到溶液中物质浓度、温度、压力、pH值以及溶液中的杂质等因素的影响。
二、晶体生长的机制1. 溶液晶体生长机制溶液晶体生长是指在溶液中溶质和溶剂的相互作用下形成晶体的过程。
具体而言，溶液中的溶质分子与溶剂分子发生化学吸附或物理吸附，形成活性吸附层，然后通过扩散和复分解等过程在溶液中逐渐有序排列，并最终沉积在晶体表面，进一步增长晶体。
2. 蒸发晶体生长机制蒸发晶体生长是指通过溶剂蒸发，使溶质逐渐聚集并沉积形成晶体的过程。
当溶液中的溶剂逐渐蒸发时，溶质浓度逐渐升高，达到饱和后，溶质开始结晶并形成晶体。
3. 熔融晶体生长机制熔融晶体生长是指在高温下，由于溶质在熔融体中具有较高的溶解度，然后通过熔融体中的扩散、结晶和固态反应来形成晶体的过程。
具体而言，将合适的溶质和溶剂混合，并在高温下熔融，然后通过冷却使其逐渐结晶。
三、化学晶体生长的应用化学晶体生长在生物学、医学、材料科学和电子领域具有广泛的应用。
1. 材料科学中的应用化学晶体生长为制备高质量的单晶提供了重要的方法。
通过调控晶体生长的条件和参数，可以获得优良的晶体，用于制备具有特殊性能的材料，如半导体材料、光学材料和磁性材料等。
2. 生物学和医学中的应用晶体生长可以用于研究生物分子的结构和性质。
通过生长蛋白质、核酸和其他生物大分子的晶体，可以利用X射线衍射等方法解析其分子结构，进一步理解其功能和相互作用。
此外，晶体生长也可用于制备药物的结晶体以及生物医学材料的制备。
晶体生长ppt
晶体缺陷与晶体的物理性质之间存在密切关系。例如，位错 密度越高，材料的强度和韧性越差；空位浓度越高，材料的 导电性越差等。通过对晶体缺陷的控制和优化，可以改善材 料的性能。
03
晶体生长的化学基础
化学键与晶体结构
共价键
01
共价键是原子间通过共享电子对而形成的强相互作用力，它决
定了晶体的结构和化学性质。
固相生长是指通过固态物质之间的反应或扩散过 程，形成新的固态晶体的过程，包括机械研磨法 、热压烧结法等。
晶体生长的应用
1
晶体生长在材料科学和物理学领域具有广泛的 应用价值，如制备高性能材料、制造光学器件 、制备半导体材料等。
2
在能源领域，晶体生长技术也被广泛应用于太 阳能电池、燃料电池等新能源器件的制造过程 中。
04
晶体生长方法
气相生长法
物理气相沉积法
包括真空蒸发、激光烧蚀等，通过 在真空中蒸发原料，使原料原子或 分子沉积在基底表面形成晶体。
化学气相沉积法
通过化学反应的方式，使用气体原 料在基底表面形成晶体。
气相生长法的优点
可以生长出高质量、大尺寸的单晶 ，同时具有高沉积速率。
气相生长法的缺点
需要高真空设备，生产成本较高， 且生长速度较慢。
3
同时，晶体生长技术还可以应用于生物医学领 域，如制备生物材料、药物传递等。
02
晶体生长的物理基础
晶体的结构与性质
晶体结构
晶体具有格子构造，原子或分子在空间中按照一定的规律重复排列。不同的 晶体结构具有不同的物理性质，如硬度、导电性、光学特性等。
晶体对称性
晶体具有对称性，即晶体的形状和内部结构可以在空间中重复出现。这种对 称性也影响了晶体的物理性质。
晶体的生长机理和控制方法
晶体的生长机理和控制方法晶体是由原子或分子有序排列而形成的有规律的固体结构，广泛应用于化学、生物、材料、电子等领域。
晶体的生长是指通过物质的凝聚和有序排列形成完整晶体过程，其机理和控制方法也是学术和实践上重要的问题。
一、晶体的生长机理晶体的生长机理涉及到热力学、动力学、热传导、质量传输、界面化学等多个方面。
其中主要包括以下几个方面的内容：1.核化与成核：在过饱和度条件下，原料分子集聚形成的不稳定凝聚体称为临界核(nucleus)，成核的速度与临界尺寸大小有关。
过大的临界尺寸会影响成核速度，过小则会限制晶体成长速率。
2.晶面生长与形核模式选择：晶体在生长过程中受到的外界环境和晶面热力势能的作用，会直接影响晶面造型和选择。
这也是研究晶体形貌和遗传的主要内容之一。
3.晶体成长速率：晶体生长速度受到物理、化学作用力和传质速率等影响，是一种非平稳过程。
晶面生长速率与色散系数、溶解度、传质系数等有关。
二、晶体的控制方法晶体的生长速率和生长状态的控制及调控，是晶体工艺和材料战略发展的主要研究方向之一。
以下是几种晶体生长控制方法的介绍：1.温度差控制法：是利用温度差异控制晶体生长速率和生长方向的一种方法。
在对称的两侧，控制温差形成温差层，从而调控晶体生长位置和速率。
2.流速控制法：流体在晶体表面的流动速度对晶体生长状态有明显影响。
通过调节流体流速来控制晶体生长速率和晶体形态。
3.添加控制剂：控制剂可以影响过饱和度和晶体成核速度。
通过添加控制剂来调节晶体的生长速率和生长方向。
4.电化学控制法：利用电场、电位或电流等电学性质，在晶体生长过程中对物质传输和物种吸附等过程进行有针对性的调节。
以上方法仅是晶体生长控制的概述，实际上还有其他方法，如冷却速率、溶液浓度、晶体取向控制等，具体选择方法还要根据晶体特性和工艺需求。
三、晶体的应用前景晶体作为一种重要的结晶材料，其应用领域广泛，包括但不限于以下几个方面：1.半导体电子学：从硅基结晶到磷化镓、硅锗合金、氧化锌等，晶体在电子学领域的应用尤为广泛，几乎所有电子器件都将其诞生地定义为晶体管！2.磁性材料：铁、钴、镍等金属的磁性，体现在固体晶体中体现出来。
晶体生长方法简介
结晶分两种，一种是降温结晶，另一种是蒸发结晶。
01
降温结晶：首先加热溶液，蒸发溶剂成饱和溶液，此时降低热饱和溶液的温度，溶解度随温度变化较大的溶质就会呈晶体析出，叫降温结晶。
02
蒸发结晶：蒸发溶剂，使溶液由不饱和变为饱和，继续蒸发，过剩的溶质就会呈晶体析出，叫蒸发结晶。
03
结晶
晶体生长（crystal growth ）
1
均匀性：晶体内部各个部分的宏观性质是相同的。
2
各向异性：晶体中不同的方向上具有不同的物理性质。
3
对称性：晶体的理想外形和晶体内部结构都具有特定的对称性。
4
自限性：晶体具有自发地形成封闭几何多面体的特性。
5
解理性：晶体具有沿某些确定方位的晶面劈裂的性质。
6
最小内能：成型晶体内能最小。
7
晶面角守恒：属于同种晶体的两个对应晶面之间的夹角恒定不变。
因此，水热法逐渐发展成为溶剂热法。 一般情况下，对于稀土金属人们习惯使用水做溶剂，对于过渡金属人们习惯使用DMF和醇做溶剂，但需具体问题具体分析。
1
2
溶剂热法
在有机溶剂中进行的反应能够有效地抑制产物的氧化过程或水中氧的污染；
由于较低的反应温度，反应物中结构单元可以保留到产物中，且不受破坏，同时，有机溶剂官能团和反应物或产物作用，生成某些新型在催化和储能方面有潜在应用的材料；
晶体生长方法
1.水热法 2.溶液法
人工合成晶体的主要途径是从溶液中培养和在高温高压下通过同质多相的转变来制备(如用石墨制备金刚石)等。具体方法很多，下面简要介绍几种最常用的方法。
晶体生长方法
2.1.挥发法 2.2.扩散法
2.2.1.液液扩散 汽液扩散
晶体生长机理及应用
晶体生长机理及应用晶体是自然界中最具有周期性和规律性的物质之一，晶体生长机理是研究晶体形成过程中发生的物理、化学、热力学现象及其相互关系的学科。
在科技发展的过程中，晶体生长与制备技术已经被广泛应用于材料科学、化学、生物学、医学、电子学、光电子、纳米技术等领域，成为了现代科学技术的基础。
一、晶体生长的基本原理晶体生长是指从溶液、熔体或气相中生长出具有规则结晶面的晶体的过程。
在晶体生长的过程中，晶体生长速度、晶体形态、晶格畸变以及缺陷等多个参数都具有重要作用。
晶体生长主要的过程有三种：溶解、扩散和形核。
1. 溶解过程晶体的形成都需要一定的物质来提供能量，这些物质往往会以溶解度形式存在于溶液、熔体或气相中。
晶体生长过程中，物质的溶解度与温度、溶质浓度、溶剂的属性等因素都有关系。
当溶质的浓度超过溶解度限制时，就会开始形成晶体。
2. 扩散过程溶液中的溶质通过扩散来到达晶体表面，挤出溶剂，并在表面吸附析出。
扩散的速率与溶液的温度、深度、组分以及扩散系数等都有关，扩散速度越快、扩散系数越大，晶体生长速度也就越快。
3. 形核过程当溶液中的溶质达到饱和度时，会出现极小的“晶胞”形态的晶核，这个过程叫作形核。
然后周围的物质会聚集在晶核上，形成可以看见的晶体，并向外扩散生长。
在晶体形，成长的过程中，依照晶体的结构类型、生长条件、电场、磁场等因素会出现多种多样的形态。
二、晶体的分类晶体按其生长方式不同，可以分为单晶体、多晶体以及微晶体。
1. 单晶体：单晶体是指具有连续、完整结晶面、在空间中具有确定的取向关系和晶体结构，使用在电子器件、光电器件、晶体振荡器和欧姆管等方面。
2. 多晶体：多晶体是指由多个晶粒组成，在物理、化学等方面具有多种性质，可广泛应用于摩擦材料、耐火材料、磁性材料等方面。
3. 微晶体：微晶体是指晶粒大小在10nm至100nm之间的晶体，这种晶体的表面具有很大的比表面积，具有优异的光电性质，可应用于导电材料、高效电池、可见光催化等方面。
晶体生长原理
晶体生长原理晶体生长原理晶体是由一定数量的分子、离子或原子按照一定的规律排列而成的固体，其结构具有周期性。
晶体生长是指在溶液中，由于某种物质的存在，使得原本无法形成晶体的物质开始有了晶核，并且随着时间的推移，逐渐形成完整的晶体过程。
1. 晶核形成在溶液中，当某些分子或离子达到一定浓度时，它们会聚集在一起形成一个微小的团簇，这就是晶核。
晶核是整个晶体生长过程中最基础和关键的部分。
2. 晶核增长当一个微小的团簇形成后，它会在周围吸收更多的分子或离子，并逐渐增大。
这个过程称为晶核增长。
通常情况下，晶核增长速度比较慢，在正常条件下需要很长时间才能形成一个完整的晶体。
3. 溶液浓度溶液浓度是影响晶体生长速率和质量的重要因素之一。
当溶液中某种物质浓度超过饱和点时，就容易形成晶核。
但是，如果浓度过高，会导致晶体生长速度过快，形成的晶体质量较差。
4. 温度温度也是影响晶体生长速率和质量的重要因素之一。
通常情况下，温度越高，分子或离子的运动能力越强，晶核形成和增长速率也会加快。
但是，如果温度过高，会导致溶液中的物质发生分解或水解等反应，从而影响晶体生长。
5. 搅拌搅拌可以增加溶液中物质之间的接触频率和运动速度，从而促进晶核形成和增长。
但是，在搅拌过程中也会产生涡流等不稳定因素，对晶体的形态产生一定影响。
6. 晶体结构不同种类的物质具有不同的结构特征，在溶液中也会表现出不同的生长规律。
例如硫酸钠和硫酸钾在相同条件下生长出来的晶体形状就有所不同。
7. 光照光照可以通过改变光合作用产物、调节pH值等方式影响溶液中物质的浓度和分布，从而影响晶体生长。
例如，在光照下生长的晶体往往比在黑暗中生长的晶体更透明。
总之，晶体生长是一个复杂的过程，受到多种因素的影响。
通过了解这些因素，我们可以更好地控制晶体生长过程，获得具有理想形态和性质的晶体。
晶体生长的基本原理与规律
晶体生长的基本原理与规律晶体生长是一种自组装的过程，是物质形态的重要方面。
晶体生长涉及到多种物理过程和化学因素，其基本原理与规律关系到物质科学的许多方面。
晶体是原子、分子或离子的有序排列，构成了空间中确定的结构。
晶体生长是原子、分子或离子从溶液、气相或熔体中组装成确定结构的过程。
晶体生长过程中的物理、化学特性也决定了晶体的形成及晶体的结构特征。
1. 晶体生长的基本原理晶体生长的基本原理与物质的组成、物态、温度、压力、溶液浓度等有关系。
晶体生长的过程中，原子、分子或离子从半无序的状态演化到了高度有序的状态，具有以下几个方面的基本原理：1. 相变物质的相变包括固化、融化、凝固、冷凝等过程，在相变过程中，原子、分子或离子的能量、热力学状态也在变化。
2. 核形成晶体的核形成是晶体生长的最初阶段。
在合适条件下，原子、分子或离子在溶液中或气相中形成临界尺寸的核，然后继续向外生长直到形成晶体。
晶体的核形成涉及到物理因素、化学物质、温度、压力等因素的影响。
3. 晶体生长晶体的生长过程是晶体从核心开始向外扩展，进而变成完整晶体的过程。
晶体生长过程中，原子、分子或离子按照规律排列，逐渐形成完整的晶体。
2. 晶体生长的规律物质状态、热力学、流体力学等多种因素影响晶体生长的规律，晶体生长的规律可以从以下几个方面来说明：1. 晶体的结构决定生长方向晶体结构的不同影响碰撞方向和原子、分子或离子的排布。
晶体结构对生长方向也有重要的影响，不同性质的物质晶体生长方向并不相同。
2. 生长速率与晶体结构有关不同晶体结构形成生长速率也不相同，各自有自己的生长速率规律。
晶面生长速率决定了晶面形貌的缺陷和微观结构的特殊性质。
晶体生长速率的控制是制备高质量晶体的基本问题。
3. 溶液浓度和温度的影响晶体生长在特定温度下发生，温度改变会使溶液饱和度变化，从而影响晶体生长速度和晶体结构的形态。
溶液浓度也是影响晶体生长的重要因素，浓度越高，晶体的生长速率越快。
晶体学中的晶体生长机理及控制技术
晶体学中的晶体生长机理及控制技术晶体是由分子、离子、原子等有序排列形成的固体物质，其在现代科学和工业生产中具有广泛应用。
晶体学是研究晶体性质和构造的科学，而晶体生长机理及控制技术则是晶体学中一个非常重要的领域。
一、晶体生长机理晶体的生长过程是非常复杂的，在这个过程中会涉及到多种因素的影响。
晶体的生长可以分为自然生长和人工生长两种。
1、自然晶体生长机理自然晶体生长机理一般指矿物晶体的自然生成和自然生长过程。
这类晶体的生长机理主要由地质环境和化学因素所影响，其形成过程中会涉及到多种因素，如蒸发、降水、氧化等。
2、人工晶体生长机理人工晶体生长机理则是指将某种化合物，通过特定的条件下，形成一定的晶体结构。
这类晶体的生长过程一般是通过晶体生长压力、温度、浓度、PH值、添加剂等因素的调控来实现的。
二、晶体生长控制技术晶体生长控制技术是指通过外界的控制手段，调节晶体生长过程中的各种因素，以达到获得理想晶体的目的。
1、温度控制温度是影响晶体生长的一个重要因素，其通过控制晶体液体中的分子运动以及原子固定的规律，影响晶体的生长和晶格的稳定。
晶体生长过程中的温度变化可能会导致晶体生长速度的改变和晶体结构的变异。
2、PH值控制PH值也是影响晶体生长速度的一个重要的控制因素，通过控制晶体溶液中H+、OH-离子的浓度，调节晶体生长速度和质量。
PH值控制可以通过添加酸碱度调节剂来实现。
3、添加剂控制添加剂是控制晶体生长过程的另一个关键因素。
添加剂的作用是在晶体生长过程中，将其它物质加入晶体溶液中，以增加溶液中的物质数量和改变溶液性质，从而影响晶体生长速度和晶体的稳定度。
4、电磁辐射控制电磁辐射技术是通过电磁波的波长、强弱、频率等特性，对晶体进行生长和改造的技术。
电磁辐射控制技术可以有效的影响晶体生长和结构，从而实现对晶体性能的调节与提升。
5、机械辅助控制机械辅助控制技术是通过将晶体生长过程置于一定的机械压力或固态环境中，从而影响晶体结构和长大速度的技术。
从结晶到生长——晶体生长的物理与化学基础
从结晶到生长——晶体生长的物理与化学基础晶体是具有一定的空间周期性，组成元素有着定比例的排列顺序的固体结构体系。
晶体的物理特性和结构与其生长过程密切相关。
在学习晶体的生长原理时，我们需要了解晶体生长的物理和化学基础。
一、晶体生长的化学基础晶体是由分子、离子或原子通过化学键结合而成的，因此晶体生长的化学基础主要是化学反应。
晶体生长的化学基础主要包括四个方面：吸附、扩散、核化和生长。
下面分别进行介绍。
1. 吸附当晶体生长过程中，物质到达晶体表面时会发生吸附现象。
吸附是物理和化学现象的综合体，它是一个物质从一种状态转移到另一种状态的过程。
吸附可以发生在物质分子和晶体表面之间，也可以发生在物质分子和液相之间。
晶体表面的吸附是晶体生长的第一步，它决定了晶体生长的起始点和速度。
晶体生长的原始核心出现在晶体表面吸附的分子之间，因此晶体表面吸附的分子种类和数量对晶体结构和性质的形成起着关键作用。
2. 扩散分子在液相中扩散也是晶体生长的重要过程，是保证晶体生长速度可控的关键因素。
分子在液相中扩散需要消耗能量，因此物质的浓度、温度和压力等因素会影响扩散的速率和方向。
3. 核化晶体生长的一个关键步骤是能量释放产生的核化过程。
核化是物质在晶体表面形成一个严格有序的排列结构的过程。
核化的速率受到温度、浓度和物质种类的影响。
在晶体生长过程中，高温、高浓度、多组元共存时容易出现层状结构典型的取向凝固现象，导致不同方向之间的结晶体质性能不同，这也是需要重视的问题。
4. 生长晶体生长过程中的生长是指晶体中原子、分子或离子按照预定方向有序排列的过程。
生长过程是必须要根据预定方向和晶体结构等特性，按照一定的机理和规律进行的。
在晶体生长的过程中，晶体的生长速率、晶体表面形貌、晶体缺陷和晶体质量芝麻都是受到生长机理和生长环境的影响。
二、晶体生长的物理基础晶体生长也受到一些物理因素的影响，下面主要介绍三个物理因素：热力学、表面张力和电场。
化学技术中的晶体生长与结晶技术
化学技术中的晶体生长与结晶技术晶体是物质存在的一种形态，它具有高度有序的排列结构和规则的几何形状。
在化学技术中，晶体生长和结晶技术是非常重要的。
本文将从晶体生长的基本原理、晶体生长控制与优化、结晶技术的应用等方面进行探讨。
一、晶体生长的基本原理晶体生长是指在适当的条件下，溶液或熔体中的溶质形成晶体的过程。
晶体生长的基本原理可以从溶解度和过饱和度两个方面来理解。
溶解度是指在一定温度下，溶剂可以溶解的溶质的量。
当溶质的浓度超过溶解度时，就会形成过饱和溶液。
过饱和度是指溶液中溶质浓度超过平衡浓度的程度。
在过饱和溶液中，溶质会发生核化反应，形成微小的晶核。
接着，这些晶核会长大并形成晶体，最终沉淀下来。
晶体生长的速度取决于晶核的数量和大小，以及溶液中溶质浓度过饱和度的程度。
二、晶体生长的控制与优化为了控制和优化晶体的生长过程，必须考虑以下几个因素：1. 适当的溶剂选择：不同物质在不同溶剂中的溶解度不同，选择适当的溶剂可以提高晶体生长的效果。
2. 温度控制：温度对晶体生长起着至关重要的作用。
适当的温度可以控制晶体生长速率和晶体质量。
3. pH值控制：溶液的酸碱度对晶体生长也有重要影响。
调节溶液的pH值可以控制晶体的形态和纯度。
4. 增溶剂的使用：增溶剂是指能够提高溶解度的溶剂。
适当的增溶剂使用可以增大晶体生长的尺寸和提高晶体的质量。
5. 搅拌和核心产生：通过适当的搅拌可以促进溶质的均匀分布，形成更多的晶核并提高晶体生长速率。
三、结晶技术的应用结晶技术在化学技术中有广泛的应用。
下面列举几个常见的例子：1. 药物生产：药物的结晶过程对其品质和活性起着至关重要的作用。
通过优化结晶条件，可以得到高纯度和高活性的药物晶体。
2. 化纤行业：化纤是指以合成高分子为原料制成的纤维。
通过结晶技术，可以调控纤维的形态和性能。
3. 无机材料制备：例如，锂离子电池材料、光电材料、金属材料等都可以通过结晶技术得到高质量的晶体。
4. 食品加工：像糖类、盐类等食品原料都可以通过结晶技术来提取和纯化。
第二章 晶体生长的基本规律
CaNO3+Na2CO3=CaCO3 ↓ + NaNO3
Ca(OH)2+H3PO4= Ca5(PO4)3(OH) ↓ +H2O
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第2章 晶体生长的基本规律
⑵ 液-固结晶作用
② 从熔体中结晶 当温度低于熔点时，晶体开始析出，也就是说， 只有当熔体过冷却时晶体才能发生。如水在温度低 于零摄氏度时结晶成冰；金属熔体冷却到熔点以下 结晶成金属。
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第2章 晶体生长的基本规律
盐溶液的结晶实验
Swirl the flask to dissolve the solid.
Place the flask on the steam bath to keep the solution warm.
C
②
D
面网密度AB>CD>BC
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第2章 晶体生长的基本规律
⑴ 布拉维法则 面网密度大，生长速度慢；
面网密度小，生长速度快。 生长速度最快的面网消缩最快。
• 布拉维法则以简化条件为前提，没有考虑温度、
压力、浓度、杂质等对晶面生长速度产生影响。
第2章 晶体生长的基本规律
⑶ 晶体的螺旋状生长
石墨底面上的生长螺纹
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第2章 晶体生长的基本规律
2.3 晶面的发育
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晶体的生长机理及条件对晶型的影响
1.晶体生长机理理根据经典的晶体生长理论，液相反应体系中晶体生长包括以下步骤：①营养料在水溶液介质里溶解，以离子、分子团的形式进入溶液(溶解阶段)：②由于体系中存在十分有效的热对流以及溶解区和生长区之间的浓度差，这些离子、分子或离子团被输运到生长区(输运阶段)；③离子、分子或离子团在生长界面上的吸附、分解与脱附；④吸附物质在界面上的运动；⑤结晶(③、④、⑤统称为结晶阶段)。
液相条件下生长的晶体晶面发育完整，晶体的结晶形貌与生长条件密切相关，同种晶体在不同的生长条件下可能有不同的结晶形貌。
简单套用经典晶体生长理论不能很好解释许多实验现象，因此在大量实验的基础上产生了“生长基元”理论模型。
“生长基元"理论模型认为在上述输运阶段②，溶解进入溶液的离子、分子或离子团之间发生反应，形成具有一定几何构型的聚合体一生长基元，生长基元的大小和结构与溶液中的反应条件有关。
在一个水溶液反应体系里，同时存在多种形式的生长基元，它们之间建立起动态平衡。
某种生长基元越稳定(可从能量和几何构型两方面加以考察)，其在体系里出现的几率就越大。
在界面上叠合的生长基元必须满足晶面结晶取向的要求，而生长基元在界面上叠合的难易程度决定了该面族的生长速率。
从结晶学观点看：生长基元中的正离子与满足一定配位要求的负离子相联结，因此又进一步被称为“负离子配位多面体生长基元"。
生长基元模型将晶体的结晶形貌、晶体的结构和生长条件有机地统一起来，很好地解释了许多实验现象。
2晶体生长的影响条件对于水热合成，晶粒的形成经历了“溶解一结晶"两个阶段。
水热法制备常采用固体粉末或新配制的凝胶作为前驱物，所谓“溶解”是指在水热反应初期，前驱物微粒之间的团聚和联结遭到破坏，以使微粒自身在水热介质中溶解，以离子或离子团的形式进入溶液，进而成核、结晶而形成晶粒。
在水热条件下，晶体自由生长，晶体各个面族的生长习性可以得到充分显露，由于水热条件下晶体生长是在非受迫的情况下进行，所以生长温度压力、溶液、溶液流向和温度梯度对晶体各个面族的生长速率影响很明显，表现在晶体的结晶形态变化。
晶体生长理论探究
晶体生长理论探究晶体生长是一种普遍存在于自然界中的现象，对于化学、材料科学以及地球科学等领域至关重要。
晶体生长的理论探究可以帮助人们更好地理解和应用晶体，从而推动这些领域的发展。
一、晶体生长的基本原理晶体是由有序排列的分子、原子或离子组成的周期性结构物体。
当分子、原子或离子从容器中的溶液、气体或熔体中聚集在一起时，它们会以一定的方式排列，形成一个有序的晶体。
这个过程就是晶体生长。
晶体生长的基本原理是有机会的分子、离子或原子由于热运动具有一定的振动，通过互相碰撞、吸附和扩散等过程，在固体表面逐渐沉积下来并结晶。
在这一过程中，晶体的生长速率、晶体形态和晶体品质等方面均受到多种因素的影响。
二、影响晶体生长的因素2.1 溶液结构溶液结构参数是影响晶体生长的主要因素之一。
它对晶体生长速率、晶体形态以及晶体品质等方面均产生重要的影响。
一般来说，溶液结构参数包括晶种、离子强度、离子半径、配位数、缔合能以及电荷等。
其中，离子强度、离子半径以及配位数均与晶体生长速率密切相关，而缔合能和电荷则主要影响晶体形态以及晶体品质。
2.2 温度温度也是影响晶体生长的一个重要因素。
温度的变化会导致原子、分子或离子的运动状态发生改变，从而影响晶体生长速率、晶体形态以及晶体品质等方面。
例如，一般来说，当温度升高时，晶体的生长速率会增加，但晶体品质则往往会降低。
2.3 流体力学条件流体力学条件也是影响晶体生长的重要因素之一。
它主要包括流体温度、流体流动速度、流体流动方向以及流体化学组成等方面。
其中，流体流动速度和流动方向对晶体形态和晶体取向影响较大，流体温度和化学组成则影响晶体生长速率。
三、常见的晶体生长方法3.1 溶液法溶液法是最常见的晶体生长方法之一。
它利用溶液中有机化合物的能力来吸附和生长晶体。
溶液法在化学、医学和生物学等领域得到广泛应用。
3.2 熔融法熔融法是利用高温熔融的物质来生长晶体的一种方法。
它可用于生长含金属的晶体，如半导体材料。
晶体的生长机理及生长速度
net Ls sL Ls [1 exp( Gm KT )]
由于
Gm
H m TK Tm
式中ΔTK为动力学过冷度。当KT值很大，而ΔGm很小时，净频率表达式
net Ls sL Ls [1 exp( Gm KT )]
生长速率R与动力学过冷度的关系：
R
e b TK
2
其中 μ2，b — 为动力学常数； ΔTK — 动力学过冷度。
当ΔTK低于某临界值时，R几乎为零； 一旦超过该值，R急剧地大。
此临界值约为1～2 K，比连续生长所需的过冷度约大两个数量级。
由于二维晶核各生长表面在长大过程中始终保持平整，最后形成的晶体是以许多 小平面为生长表面的多面体。 粗糙的外表面
的台阶。 这种台阶不限于一层原子，甚至存在于几个 原子层内。 沉积到界面上的原子受到前方和侧面固态原子 的作用，结合牢固且不易反弹或
脱落，如图。 晶体在生长过程中界面上的台阶始终存在（保持粗糙界面） 因此，液体中的原子可以在整个界面上连续沉积，促使界面便连续、均匀地垂直
生长。这种生长被称为连续生长、垂直生长或正常生长 。
因此在界面处始终存在着两种方向相反的原子迁移运动)：
固相原子迁移到液相中的熔化反应(m)； 液相原子迁移到固相中为凝固反应(F)。
m
液相
固相
F
图2-5 固—液界面处的原子迁移
单位面积界面处的反应速率为 ：
dN dt
F
NL
f
L
AF
L
exp(
Q k Ti
)
dN dt
m
NS
晶体学中的晶体生长机制分析
晶体学中的晶体生长机制分析晶体生长是晶体学中一个重要的研究方向，它涉及到晶体的形成、发展和演化过程。
了解晶体生长机制对于深入理解晶体结构与性质之间的关系具有重要意义。
本文将从晶体生长的基本原理、影响因素以及研究方法等方面进行分析。
一、晶体生长的基本原理晶体生长是指无定形物质逐渐转变为有序晶体结构的过程。
晶体生长是在特定条件下，由原子、分子或离子按照一定的排列方式逐渐组装形成晶体。
晶体生长的基本原理可以概括为以下几点：1. 同质核形成：晶体生长始于同质核的形成。
在适当的条件下，溶液中的原子、分子或离子能够聚集成为一个小团簇，这个团簇就是同质核。
同质核的形成是晶体生长的起点。
2. 择优生长：同质核在溶液中吸附溶质，随着时间的推移，溶液中的物质会不断地附着在核表面上，导致晶体逐渐增长。
在晶体生长过程中，晶体的生长方向和速度往往与晶体表面的结构和溶质的浓度有关，晶体会优先沿着特定的方向生长，这就是择优生长。
3. 扩散控制：晶体生长的速率通常由物质在溶液中的扩散速率控制。
扩散是物质由高浓度区域向低浓度区域运动的过程，晶体的生长速率与扩散速率密切相关。
二、影响晶体生长的因素晶体生长的过程受到多种因素的影响，下面介绍几个主要的因素：1. 溶液浓度：溶液中物质的浓度是影响晶体生长速率的重要因素。
当溶液中物质的浓度较高时，晶体生长速率通常较快。
然而，过高的浓度也可能导致晶体生长出现缺陷。
2. 温度：温度对晶体生长速率有着显著的影响。
通常情况下，温度升高会加快晶体生长速率，因为高温有利于溶质分子的运动和扩散。
但过高的温度也可能引起结晶的失稳。
3. 溶液饱和度：溶液饱和度是指溶液中溶质浓度达到饱和状态的程度。
当溶液饱和度较高时，晶体生长速率通常较快。
溶液饱和度的变化可以通过调节溶解度和溶质浓度来控制。
三、研究晶体生长机制的方法为了深入研究晶体生长机制，科学家们采用了多种研究方法。
以下是几种常用的方法：1. 原位观察：通过光学显微镜等设备，可以直接观察晶体在实时中的生长过程。
晶体结构与生长机制
晶体结构与生长机制晶体是一种固体物质，在晶体内部的原子结构呈规则的重复排列。
这种规则的排列形成了晶体的晶体结构，同时也影响了晶体的物理、化学及力学性质。
对于一种物质而言，其晶体结构是非常重要的，在研究材料的性质、制备方法和其他方面都有着不可忽略的作用。
晶体的生长是指晶体中原子或离子的有序排列、沉积和成长过程。
尽管晶体的形成和生长机制是很复杂的，但可以用简单的晶体生长步骤来概括。
晶体生长的通用过程包括：核心形成、晶面沉积和晶体成长。
此外，在晶体生长中，环境因素和加速剂都具有重要影响。
晶体结构晶体的结构通常由两部分组成：基本结构单元（重复单元）和晶体格。
基本结构单元是最小的重复单元，能够完全并重复地组合成整个晶体。
晶体格则由基本结构单元沿着三个方向继续重复构成。
例如，钠氯化合物的晶体结构可以看作是由钠离子和氯离子交替组成的立方形二元离子电晶体。
每个钠离子的周围都有六个氯离子，每个氯离子都被六个钠离子包围。
六个钠离子（上方）和六个氯离子（下方）在立方格中的排列方式构成了钠氯化合物的晶体结构。
晶体生长晶体的生长分为三个基本步骤：核心形成、晶面沉积和晶体成长。
核心形成：在晶体生长的早期，由于原子或离子的热运动和碰撞，某些原子或离子形成了一个小的固定结构核。
这些核会随时间不断增长和扩散，最终形成一个完整的晶体。
例如，高温下的硫酸镁水溶液，如果在温度迅速降低，会形成一大片平整的、光滑的晶体表面。
这是因为溶液中的离子在温度变化时形成了几个小的、散布的晶体核心，这些核心连接在一起后继续增长，最终形成一个大的晶体。
晶面沉积：在晶体凝聚核心形成后，新的离子会沉积在晶面上，以延续晶体生长。
当有足够的溶液晶核沉积在晶体表面时，晶体的表面变得平坦光滑。
晶体生长的速度受到环境因素、加速剂和其他参数的影响。
例如，高温下可以加速晶体形成，但过高的温度会使晶体表面不断分解，对晶体生长造成破坏。
而加速剂可以影响晶体生长速度、取向、平面、形态和密度等特征，从而影响晶体的存在形态。
第二章 晶体生长的结晶化学基础-上详述
理想晶体中同一种单形所显露晶面的大小和形状 应该是完全相同的，但是在实际晶体中却不然，晶 体中同一种单形显露晶面的面积大小可以是完全不 同的，甚至同种单形的晶面有时也可以不完全显露。
重晶石（BaSO4）是由 3个斜方柱和1个对面 族组成，在斜方柱{110} 面有斜的表面条纹； 在斜方柱{201}面有完 全的解理；在斜方柱 {011}面上可以见到蚀 像；平行双面{010}有 完全解理。
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3、配位体的畸变效应
Jahn-Teller 效应
过渡金属离子在正八面体位置是稳定的，但是对 于一些过渡金属特别是d9和d4离子，它们的d壳层电子 云空间的分布不是Oh对称型，它们在正八面体中是不 稳定的，它会使d轨道进一步分裂，使配位位置发生某 种偏离，促使Oh对称发生形变，例如，在硅酸盐中， 氧原子通常处于形变的配位多面体的顶角上，中心的 金属离子与配位多面体顶点的距离均不相等，以此达 到离子在配位多面体中的稳定，这一现象称之为畸变 效应或者Jahn-Teller 效应。
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四、晶体面角恒等定律
晶体的几何外形是内部格子构造在形态上的反 映，晶面相当于面网，晶棱相当于行列，面顶角相 当于结点。
晶体可以在任意方向上获得无穷多个面网密度不 等的网面，通常低指数晶面更容易显露；但高指数 晶面仍然可以显露，晶体形态变化多端。
同一种晶体在一定的生长条件下具有一定习见的 结晶外形，这种情况我们称之为晶体的生长习性。
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4、成矿时溶液的流动方向
➢ 对向液流方向的大菱面 R{1011}非常发育；
➢ 小菱面r{1011}面很小， 甚至消失。
生长人工水晶时，在高压釜 的釜壁上有时会出现与釜壁垂直， 长大1~2cm的透明晶芽，而且只 有一组大菱面显露。