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第二章 晶体生长动力学 晶体生长动力学主要是阐明在不同生长条件下的晶体生长机制，以及晶体生长速率与生长驱动力之间的规律。 本章主要内容： §2.1 晶体生长形态 §2.2 晶体生长的输运过程 §2.3 晶体生长边界层理论 §2.4 晶体生长界面的稳定性 §2.5 晶体生长界面结构理论模型 §2.6 晶体生长界面动力学 §2.1 晶体生长形态 晶体生长形态是其内部结构的外在反映，晶体的各个晶面间的相对生长速率决定了它的生长形态。 晶体生长形态不但受其内部结构的对称性、结构基元间键合和晶体缺陷等因素的制约，而且在很大程度上还受到生长环境相的影响。 晶体生长形态能部分地反映出它的形成历史，因此研究晶体生长形态，有助于人们认识晶体生长动力学过程，为探讨实际晶体生长机制提供线索。 一、晶体生长形态与生长速率间的联系 晶体的晶面生长速率R是指在单位时间内晶面（hkl）沿其法线方向向外平行推移的距离（d），并且称为线性生长速率。 晶体生长的驱动力来源于生长环境相（气相、液相、熔体）的过饱和度（△c）或过冷度（ △T） 晶体生长形态的变化来源于各晶面相对生长速率（比值）的改变。 下面以二维模式晶体生长为例来说明晶面的相对生长速率的变化与晶体生长形态间的关系（如图2.1所示） 在图2.1中，l11，l01分别（11），（01）晶面的大小，R11，R01 分别代表（11），（01）晶面的生长速率。 从图中简单的几何关系可求得 同理，对于由｛001｝与｛111｝两种单形所组成的立方晶系晶体形态，取决于（001）与（111）两晶面的相对生长速率的比值。 二、晶体生长的理想形态 晶体的理想形态可分为单形和聚形 单形：当晶体在自由体系中生长时，若生长出的晶体形态的各个晶面的面网结构相同，而且各个晶面都是同形等大，这样的理想形态称为单形。 聚形：若在晶体的理想形态中，具有两套以上不同形、也不等大的晶面，这种晶体的理想形态为聚形，聚形是由数种单形构成的。 三、晶体生长的实际形态 晶体生长的实际形态是由晶体内部结构和形成时的物理化学条件决定的。 人工晶体生长的实际形态可大致分为两种情况： 当晶体在自由体系中生长时，晶体的各晶面的生长速率不受晶体生长环境的任何约束，各晶面的生长速率的比值是恒定的，晶体的实际形态最终取决于各晶面生长速率的各向异性，呈现出几何多面体形态。 当晶体生长遭到人为强制时，晶体各晶面生长速率的各向异性无法表现，只能按人为的方向生长。 四、晶体几何形态与其内部结构间的联系 1、晶体几何形态的表示方式 根据晶体学有理指数定律，晶体几何形态所出现的晶面符号（hkl）或晶棱符号[hvw]是一组互质的简单整数。 根据Bravais法则，当晶体生长到最后阶段，保留下来的一些主要晶面是具有面网密度较高而面间距dhkl较大的晶面。 不论是高级晶系或是中、低级晶系晶体，晶格面间距dhkl 、晶格常数（a,b,c,α,β,γ）和面族｛hkl｝三者之间存在着一定的关系。 例如，对于面心立方晶系 当h，k，l全为奇数或全为偶数时 2、周期键链理论（periodic bond chain, PBC） Hartman和Perdok提出 晶体形态理论 该理论认为晶体结构是由周期键链（PBC）所组成的，晶体生长最快的方向是化学键最强的地方，晶体生长是在没有中断的强键链存在的方向上。 晶体生长过程所能出现的晶面可划分为三种类型，即F面、S面、K面。 F面：或称平坦面（flat faces），它包含两个或两个以上的共面的PBC（PBC矢量） S面：或称台阶面（stepped faces），它包含一个PBC（ PBC矢量） K面：或称扭折面（kinked faces），它不包含PBC（ PBC矢量） PBC模型如图2.2 在图中假设晶体中具有三种PBC矢量； A矢量//[100] B矢量//[010] C矢量//[001] 五、环境相对晶体形态的影响 1、溶剂的影响 2、溶液PH值的影响 3、环境相成分的影响 4杂质的影响 §2.2 晶体生长的输运过程 晶体生长包括一系列过程，例如晶体生长基元形成过程、晶体生长的输运过程、晶体生长界面的动力学过程等，其中，输运过程是一个重要的环节。 宏观上看，晶体生长过程实际是一个热量、质量和动量的输运过程。 对生长速率产生限制作用； 支配着生长界面的稳定性； 对生长晶体的质量有着极其重要的作用。 一、热量输运 晶体生长靠体系中的温度梯度所造成的局部过冷来驱动，只要体系中存在温度梯度，就会产生热量输运。 晶体生长过程中的热量输运主要有三种方式：即辐射、传导和对流。 一般来说，在高温时，大部分热量是从晶体表面辐射出来，传导、对流是其次的；低温时，热量输运主要靠传导