晶体材料基础 晶体生长方法.pptxVIP

第八讲 晶体生长技术（1）;(1) 溶液生长 (2) 熔体生长 (3) 气相生长 (4) 固相生长;溶液法：方法简单，生长速度慢，晶体应力小，均匀性好 降温法 恒温蒸发法 循环流动法 温差水热法 助熔剂法;基本原理是将晶体原料（溶质）溶解在溶剂中，采取适当的措施使溶液达到过饱和状态，使晶体在其中生长。;要获得光学质量好、尺寸大的单晶，就必须严格控制晶体的生长速度，使构成晶体的离子严格按照其点阵结构各就各位地进行排列，形成结构完整的晶体， 就必须掌握溶质在水中的溶解度及溶解度随温度的变化，并在溶液中放上一个或几个籽晶，使溶质在籽晶上析出，慢慢地沿着一定的结构方向生长。 使用这种方法，生长温度很低，生长设备简单，而且容易长成大块的、均匀性良好又有完整外形的晶体，但是生长速度很慢，生长周期长。;一、溶液和溶解度 1、溶液和溶液浓度 溶液： 由两种或两种以上物质所组成的均匀混合体系称为溶液。 由溶质和溶剂组成。 通常将溶液中含量较多的组分称为溶剂，较少的为溶质。 溶液浓度： 一定量的溶液中含有溶质的量称为溶液的浓度。;溶液浓度的表示方法： （1）体积摩尔浓度（M)：M = 溶质（mol数) / 1L溶液。 （2）重量摩尔浓度（m)：m = 溶质（mol数) / 1000g 溶剂。 （3）摩尔分数（x)：x = 溶质（mol数) / 溶液总mol数。 （4）重量百分数( c)：c = 溶质克数 / 100g(or 1000g)溶液。 （5）重量比：溶质克数 / 100g(or 1000g)溶剂。;2、溶解度和溶解度曲线 ( 1）溶解度 在一定的温度和压力下，饱和溶液的浓度为该物质的溶解度。 饱和溶液：与溶质固相处于平衡的溶液称为该平衡状态下该物质的饱和溶液。 L ? S (给定温度，压力) 溶解度是考察溶液中生长晶体的最基本的参数。 同一物质在不同的溶剂中有不同的溶解度，选择合适的溶剂是晶体生长的重要任务之一。 在我们所讨论的体系中，压力对溶解度的影响是很小的，但温度的影响却十分显著。物质在不同的温度下，其溶解度是有明显差别的。;9;10;11;溶液状态图;亚稳区大小可用过饱和度（或过冷度）来估计。 亚稳区的大小既与结晶物质的本???有关，也容易受外界条件的影响，如搅拌、振动、温度、杂质等。 不同物质溶液的亚稳区差别相当大。 过饱和度的表示方式：;4、溶液的饱和温度、溶解度和过饱和度的测量方法： 溶液达到饱和状态时的温度，称为溶液的饱和温度。 准确地测量溶液的饱和温度是下籽晶（种子）操作的前提，也是测定溶解度和过饱和度的基础。 常用的测定饱和温度的方法有： 平衡法 浓度涡流法 和光学效应法。 （1）平衡法 在接近饱和的溶液中，放入一些固体溶质，在一定的温度下不断搅拌，直到溶液中剩余少量固体不再溶为止。此时溶液的温度即可看成是溶液的饱和温度。 此方法较简单，但达到平衡所需时间较长，且精确度低，0.5-1oC;（2） 浓度涡流法 用尼龙绳将一小块晶体悬挂在其接近饱和温度的溶液中，仔细观察晶体及其附近的液流情况。 如果溶液不饱和，晶体溶解；靠近晶体表面的溶液，其浓度大于周围溶液浓度，因而变得较重而向下运动，形成一股向下的液流，溶解涡流。 过饱和，晶体呈生长现象。晶体附近的溶液由于溶质在晶体上析出，浓度变小，形成向上运动的液流，生长涡流。 距饱和温度越远，涡流越明显； 在饱和温度下，涡流完全消失。 精确度 0.1-0.5oC;（3）光学效应法 溶液接近饱和温度时，涡流十分微弱，凭肉眼很难观察出来，光学效应法可以克服这一缺点。 原理：当晶体处于与它不相平衡的母液中时，紧贴晶体附近有一薄层溶液——扩散层或结晶区（晶体溶解和生长，溶质的扩散输入和输出都通过这一薄层进行）。 扩散层存在浓度梯度，当溶液接近饱和温度时，扩散层的浓度梯度趋于消失。 溶液到达饱和温度时，扩散层消失。 扩散层是浓度不均匀区域，在光学上也是不均匀的。光线通过这一区域时会因折射率梯度方向不同而发生不同的偏折。 精确度 0.05oC;5、溶剂的选择 最常用的溶剂—水 其它溶剂—重水、乙醇、丙醇、氯仿等 乙醇-水混合溶剂 溶剂的选择原则： （1）对溶质要有足够大的溶解度（10-60%）。 （2）合适的溶解度温度系数。 （3）有利于晶体生长。使溶质在溶剂中结晶时呈现有利的晶癖