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晶体生长方法简介 聊城大学化学化工学院 张庆富 博士 课题组 晶体的定义 晶体即是内部质点在三维空间呈周期性重复排列的固体。 晶体有三个特征 ： 1. 晶体有整齐规则的几何外形； 2.晶体有固定的熔点，在熔化过程中，温度始终保持不变； 3.晶体有各向异性的特点。 晶体的共性 1、长程有序：晶体内部原子至少在微米级范围内规则排列。 2、均匀性：晶体内部各个部分的宏观性质是相同的。 3、各向异性：晶体中不同的方向上具有不同的物理性质。 4、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。 5、自限性：晶体具有自发地形成封闭几何多面体的特性。 6、解理性：晶体具有沿某些确定方位的晶面劈裂的性质。 7、最小内能：成型晶体内能最小。 8、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。 人工晶体 1、定义：顾名思义，人工晶体就是使用人工方法合成出的晶体。 2、研究对象：人工晶体研究的对象有两种。 一种用人工的方法合成并生长出自然界已有的晶体，如水晶、云母、金刚石、食盐(NaCl)、红宝石(Al2O3:Cr)、人工合成胰岛素等。自然界已有的晶体中有些质量不好；有些晶体质量虽好，但自然界中所剩无及。需用人工方法合成。 人工晶体研究的另一内容就是用人工的方法合成并生长出自然界没有的晶体（我们工作重点）。 结晶 结晶分两种，一种是降温结晶，另一种是蒸发结晶。 　　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。 　　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。 晶体生长（crystal growth ） 定义：物质在一定温度、压力、浓度、介质、pH等条件下由气相、液相、固相转化，形成特定线度尺寸晶体的过程称为晶体生长。 原理：其原理基于物种晶相化学势与该物种在相关物相中化学势间准平衡关系的合理维持。如在溶液中的晶体生长要求在平衡溶解度附近溶质有一定合宜的过饱和度。晶体生长方法是多样的，如水热法生长人工水晶，区域熔融法生长硅、锗单晶、氢氧焰熔融法生长轴承用宝石，航天失重法培养晶体以及升华法；同质或异质外延生长法等。 影响晶体生长的因素 1.溶剂极性（相似相溶原理） 2.反应温度（恒温温度和升降温速率） 3.反应时间（1day，3days or 6days） 4.体系酸碱度（pH ） 5.模板分子（苯，甲苯，苯胺，苯酚，氯苯，对苯二酚，间苯二酚等） 6.反应物比例（以电荷比为据计算） 7.第二配体（含氮配体：邻菲罗啉，吡啶，联吡啶等） 8.反应原料的纯度（主要是配体的纯度） 1、水热合成法 （1）定义：水热合成是指温度为100～1000 ℃、压力为1MPa～1GPa 条件下利用水溶液中物质化学反应所进行的合成。 在亚临界和超临界水热条件下,由于反应处于分子水平,反应性提高,因而水热反应可以替代某些高温固相反应。又由于水热反应的均相成核及非均相成核机理与固相反应的扩散机制不同,因而可以创造出其它方法无法制备的新化合物和新材料。 晶体的水热合成法是一种在高温高压下从过饱和热水溶液中培养晶体的方法。 晶体的培养是在高压釜内进行的。高压反应釜由耐高温高压和耐酸碱的特种钢材制成，内衬聚四氟乙烯材质的内釜。釜内用玻璃小瓶盛放溶液（合成反应体系），便于观察实验结果。 溶剂热法与水热法相比较： 1.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； 2.由于有机溶剂的低沸点，在同样的条件下，它们可以达到比水热合成更高的气压，从而有利于产物的结晶； 3.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； 4.非水溶剂的种类繁多，其本身的一些特性，如极性与非极性、配位络合作用、热稳定性等， 3. 水热与溶剂热合成反应影响因素 1.温度 2.酸碱度（pH） 3.反应时间 2.酸碱度（pH） 酸碱度在晶体生长、材料合成与制备以及工业处理等过程中扮演着极为重要的角色，它会影响过饱和度、动力学、形态、颗粒大小等。改变溶液的pH值，不但可以影响溶质的溶解度，影响晶体的生长速率，更重要的是改变了溶液中生长基元的结构，并最终决定晶体的结构、形状、大小和开始结晶的温度。 2、溶液法 溶液法就是将反应物溶解在极性合适的溶剂中，通过挥发、扩散等途径，使生成物以晶态形式析出的方法。 溶液法包括：挥发法和扩散法 2.1挥发法 挥发法使用条件：