晶体生长论文

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1、水热法人工晶体生长的原理及应用摘要：人工合成晶体的方法有很多，木文着重论述了利用水热法合成人工晶体的基木原理以及影响因素，同时还介绍了水热法合成人工晶体的应用。关键词：水热法；人工晶体；合成当今，在高新技术材料领域中，人工晶体作为一种特种功能材料，在材料学、光学、光电子、医疗生物领域有着广泛的作川。川于人工晶体生长的方法有多种，如：物理气相沉淀、水热法、低温溶液生长、籽晶提拉、土甘竭下降等。其中水热法晶体生长可以使晶体在非受限的条件下充分生长，可以长出形态各异、结晶完好的晶体而受到广泛应川。水热法可丿IJ于生长各种大的人工晶体，制备超细、无团聚或少团聚、结晶完好的

2、微晶［1］。适合生长熔点较高，具有包晶反应或非同成分融化，而在常温下乂不溶解各种溶剂或溶解后即分解，不能再结晶的晶体材料。与其他的合成方法相比，水热法合成的晶体具有纯度高、缺陷少，热应力小质量好筹特点。近年来随着科学技术的不断发展，水热法合成技术得到广泛应用，该技术已成功地应用于人工水晶的合成、陶瓷粉末材料的制备和人工宝石的合成等领域。1水热法晶体生长的基本原理及影响因素1.1晶体生长的基本原理水热法乂称热液法，晶体的热液生长是一种在高温高压下过饱和溶液中进行结晶的方法。它实质上是一种相变过程，即生长基元从周围环境屮不断地通过界面而进入晶格座位的过程，水热条件下的

3、品体生长是在密闭很好的高温高压水溶液屮进行的。利用釜内上下部分的溶液之间存在的温度差，使釜内溶液产牛:强烈对流，从而将高温区的饱和溶液放入带有籽晶的低温区，形成过饱和溶液。根据经典的晶体牛长理论，水热条件下晶体生长包括以下步骤：(1)营养料在水热介质里溶解，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及溶解区和生长Z间的浓度差，这些离了、分了或离了团被输运到生长区(输运阶段)；(3)离了、分子或离子团在生长界而上吸附、分解与脱附；(4)吸附物质在界而上的运动；(5)结晶(3、4、5统称为结晶阶段)。同时利用水热法生长人工晶体时山于

4、采用的主要是溶解一再结晶机理，I大I此用于晶体牛长的各种化合物在水溶液屮的溶解度是采用水热法进行晶体生长时必须首先考虑的。1.2水热条件下影响晶体生长的因素1.2.1温度対晶体生长的影响温度影响化学反应过程中的物质活性，影响生成物质的种类。如采用水热法合成「A1203E2］时,矿化剂为0.lmol/LKOH和lmol/LKBr,填充度为35%,以Al(0H)3为前驱物，在380°C,只生成薄水铝石，而同样条件下在388°C生成薄水铝石和a-A1203的混合物；当温度升到395°C以上时，完全转化＞ya-A1203o这是因为温度改变了品体生长基元的激活能，在较高温度

5、011-耍比低温下的011-活泼，所以在395°C以上，Al(011)3分了的全部疑基脱水生成a-A1203,而在较低温度时，Al(0H)3分了的部分疑棊脱水而生成AlOOIIo在温茅和其他物理、化学条件恒定的情况下，晶体的生长速率一般随着温度的提高而加快。人造水晶在Imol/LNaOH溶液中，温差为30°C,填充度为85%时，其生长速率对数与绝对温度的倒数呈线性关系［3］。1.2.2溶剂填充度对晶体牛长的影响在高压釜中水的临界填充度为32%,在初始填充度小于32%的情况下，当温度升高时，气液和的界面上升，随着温度的继续增加到一定温度时，界面就转而下降，直到升至临

6、界温度374°C时液相完全消失，如果初始填充度大于临界值（32%）,温度高于临界温度时，气液和界面就升高，直到容器全部被液和充满。这说明系统的气液相界面高度的变化不仅与温度有关，而且随初始填充度的不同而并，可通过提高填充得来增大压力，使得溶解度提高，加快溶质质量的传输，提高晶体生长速率。1.2.3溶液浓度对晶体生长的影响适合的矿化剂浓度能使结晶物质冇较大的溶解度和足够大的溶解度温度系数，提高晶体的生长速率。但浓度的加大也有一定的限度，过高的矿化剂浓度使溶液的粘度增加到一定程度，影响溶质的对流，不利于晶体的牛长。例如红宝石在Na2C03溶液中生长时，当矿化剂浓度增加

7、到1.5mol/L时晶体的牛长速率逐渐减慢，并有下降的趋势。1.2.4溶液pH值对晶体生长的影响改变溶液的pH值，不但可以影响溶质的溶解度，影响晶体的生长速率，更匣要的是改变了溶液屮生长基元的结构、形状、人小和开始结晶的温度。施尔畏等从微观动力学角度研究了晶体的成核机理，并合理解释了溶液pH值氧化物粉末的晶粒粒度影响，发现pH值为强酸性时，可以在较低的温度F合成金红石品体，而在强碱条件下，合成金红石晶体需耍达到200°C。2水热法晶体生长的应用2.1水热法合成高档宝石水热法是山意大利科学家Spezia于19世纪末发明的，早期主要用于地球化学的相平衡研究及人工晶体的

8、生长研究。