光学晶体--晶体生长部分整理

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1、第二章光学晶体1晶体学的发展史2晶体的概念及基本性质单晶体与多晶体非晶体(无定型体)固体单晶：单一的晶体多面体；双晶：两个体积大致相当的单晶体晶按一定规则生长；晶簇：单晶以不同取向连在一起；多晶：看不到规则外形的晶态物质。晶体由晶胞堆积而成；晶胞是晶体中体积最小、直角最多的平行六面体；晶胞代表晶体的化学组成；体现晶体的对称性。面心立方体心立方简单立方晶胞平行六面体晶胞的边长a、b、c，称为晶轴；三个晶轴之间的夹角分别用、、表示。按照晶轴和角度的关系，晶体可分为七大晶系：立方、三方、四方、六方、正交、单斜、三斜晶系3

2、晶体材料的分类4晶体研究的发展趋势5晶体生长方法晶体品种繁多；生长方法不同；设备品种多；生长技术多样；——生长方法多样。5.1溶液生长5.2熔体生长5.3气相生长5.1溶液生长1.溶质、溶剂和溶液溶质溶入溶剂形成单一均质溶体，为溶液。通常溶液包括水溶液，有机等溶剂的溶液和熔盐（高温溶液）。5.1.1溶体和溶解度5.1溶液生长2.溶解度曲线饱和溶液：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)溶解度曲线：一定状态下，饱和溶液浓度为该物质的溶解度。不同温度下溶解度的连线为该物质的溶解度曲

3、线。溶液浓度表示法：体积摩尔浓度（mol）：溶质mol数/1L溶液；重量摩尔浓度（mol）：溶质mol数/1000g溶剂中；摩尔分数（x）：溶质摩尔数/溶液总摩尔数；重量百分数：100g溶液中含溶质g数。3.影响溶解度的因素：浓度、温度其中温度对溶解度的影响：式中：x溶质的摩尔分数，DH固体摩尔溶解热，T为绝对温度，R为气体常数，上式可化为：（1）大多数晶体溶解过程是吸热，DH为正，温度升高，溶解度增大；反之，溶解度减小；（2）一定温度下，低熔点晶体的溶解度高于高熔点晶体的溶解度。4.相图·饱和曲线（溶解度曲线）·不饱和

4、区（稳定区）不稳和亚稳过饱和区：1897年，Ostwald定义，无晶核存在条件下，能够自发析出固相的过饱和溶液称为不稳过饱和溶液；把不能够自发析出固相的过饱和溶液称为亚稳过饱和溶液。过饱和区（不稳定区）：亚稳过饱和区（晶体生长区）：图5.1溶解度曲线（相图）过溶解度曲线5.晶体生长区由图5.1可见，稳定区晶体不可能生长；不稳定区晶体可以生长，但是，不可能获得单一晶体；在亚稳过饱和区，通过籽晶生长可以获得单晶。过饱和度：浓度驱动力Dc，Dc＝c－c*，其中，c溶液的实际浓度，c*同一温度下的平衡饱和浓度；过饱和比：s，s＝

5、c/c*过冷度：DT=T*－T；T*时过饱和溶液冷却到T时溶液发生过饱和。谈过饱和度，必须标明温度过溶解度曲线6.溶剂的选择和水溶液的结构溶剂：水，重水，乙醇，苯，四氯化碳….甚至还有复合溶剂。选择溶剂时应该考虑的问题：（1）对溶质要有足够大的溶解度（一般10%～60%范围）；（2）合适的溶剂温度系数，最好有正的溶剂温度系数；（3）有利于晶体生长；（4）纯度和稳定性要高；（5）挥发性小，粘度和毒性小，价格便宜。7.实现晶体连续生长的原理为了实现晶体连续生长，溶液浓度必须维持在晶体生长区，即亚稳过饱和区。（1）降温法：依靠

6、溶液过冷以获得过饱和。适宜于溶解度和溶解温度系数大的溶体。（2）恒温蒸发法：依靠相对提高浓度以获得过饱和。溶解温度系数较小或负温度系数的溶体，可以选用该方法。（1）可以在较低温度下生长高熔点物质晶体。通常情况下，晶体熔点远远高于溶液法生长晶体的温度。这样就克服了高温下有晶型转变的困难，同样可以生长高温下具有很高蒸汽压的晶体材料；（2）生长的晶体应力小；（3）容易长成大块状和均匀性晶体；（4）生长过程可视，有利于研究晶体生长动力学。（1）组分多，影响因素复杂；（2）生长周期长，数十天～一年；（3）对温度控制要求高，温度波动

7、一般小于0.01~0.001oC；8.溶液法生长晶体的优点9.溶液法生长晶体的缺点降温法恒温蒸发法循环流动法（温差法之一）温差水热法（温差法之二）凝胶法5.1.2溶液生长方法1.原理对于较大的正溶解度温度系数的溶体，将一定温度下配制的饱和溶液于封闭体系中。在保持溶剂总量不变的情况下，通过降低温度，使溶液成为亚稳过饱和溶液，以至于析出的晶体不断结晶到籽晶上。如图5.2所示。（1）降温法图5.2水浴育晶装置1掣晶杆；2晶体；3转动密封装置；4浸没式加热器；5搅拌器；6控制器（接触温度计）；7温度计；8育晶器；9有空隔板；10

8、水槽2.控制点掌握好溶液降温速度，使溶液始终处于亚稳过饱和区，保证一定的过饱和度。1.原理一定温度和压力下，靠溶剂不断蒸发以维持溶液一定的过饱和度，以析出晶体。适宜于溶解度大但溶解温度系数很小的物质。如图5.3所示。（2）恒温蒸发法图5.3蒸发法育晶装置1底部加热器；2晶体；3冷凝器；4冷却水；5虹吸管；6量筒；7接