晶体生长与晶体材料

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1、参考书：姚连增，晶体生长基础，科技大学出版社，1995张克从，非线性光学晶体材料科学（第六辑），科学出版社，1996张克从，晶体生长科学与技术（上下册），科学11!版社，1997晶体生长与晶体材料序言发展两大问题（能源，材料），材料：单晶，多晶，非晶。为什么结晶：气态一液态一固态，能量渐低。固态：晶体和非晶体，非晶能量较高（缺陷所致，为介稳态），自发过程能量总是从高处流向低处，T越高，原子能量越大，大于晶格束缚力时变为液体，大于表面溢出功时变为气体。升华：温度为T时原子能量分布…某些原子能量大于升华所需能

2、，具有该能量的晶内原子表现为扩散。功能材料中-晶体材料有重要位置——因为一系列宝贵物理性能如实现电，磁，力，光，声，和热的交互作用和转换。晶体分类：1•激光品体固体激光器…已广泛应用其核心是激光晶体。种类越来越多，从最早的红宝石（A12O3:Cr）到目前流行的掺放轮铝石榴石（YAG:Nd）激光器——350多种基质晶体-—20多种激活离子…—70多跃迁波段实现受激发射。2.非线性光学品体某些晶体受到强电磁场作用时产生非线性极化所引起。«12常用非线性光学晶体晶体透光波段（/ini）有效非线性系数dw（KDP

3、）r转换效率（％）损伤阖值（GW/cn?〉简称分子式KTPKTiOP(人0.35—4.01540〜700.75〜3朋00.19-3,5640〜60?〜20LiB.Os16—2,62〜365Urea(WR小CO0・21-1.42、5353〜5KDPKH2PO0・2〜110.4LNLiNfcO3S4〜1.513-40.1LILilO30.3〜5.5446C5〜0・133.电光品体光通过某些加有外场的晶体时产生如偏转，强度变化，偏振面旋转等达到控制光传播的目的…一用于光通讯，光开关，显示，光存储，光雷达，光计算

4、机等…因为外场的变化影响了与晶体折射率有关的量。加电场■…产生折射率变化■•…电光品体。2.声光晶体声波通过声光晶体--压缩膨胀区…折射率周期性变化…折射率光栅。光通过时发生…■声光作用。用途：声光偏转器…激光束扫描，激光雷达，光计算机等。声光调制器…光通讯，光信息处理等。3.磁光晶体光通过磁光晶体偏振面旋转：反射引起的叫克尔效应，透射引起的叫法拉第效应。可用于激光快速开关，调制器，磁光存储器等。4.热释电晶体品体结构非对称，温度变化引起正负电荷重心相对位移—改变自发极化状态…两边产生束缚电荷。7•压电晶

5、体压缩或拉伸使晶体极化，导致晶体表面荷电。极多的应用。8•闪烁晶体高能粒子通过品体…激发…产生荧光脉冲。9.半导体晶体具特殊导电性能。电阻介于导体和绝缘体之间的晶体。10.薄膜晶体一般指单晶薄膜，一般厚度lum或以下。11・X射线分光品体通过晶体对x射线的衍射选出所需的波长。12光学晶体用于制作光学元件，或用于光学仪器上的晶态光学材料。晶体学内容及内部关系：把晶体生长、晶体物理和晶体化学并称为构成晶祚的三大支柱•它们之间的关系及有关研究的内容如图K1所示。第一章晶体生长方法1・1从溶液中培养晶体饱和与过饱

6、和溶解度…■最基本的生长参数。浓度表示：体积摩尔浓度（mol/L）,重量摩尔浓度（mol/kg）,重量百分数（g/kg），摩尔份数（mol/总mol）溶解度的表示：一定条件（温度，压力等，且平衡）下饱和溶液的浓度。浓度表示：体积摩尔mol/L,重量摩尔mol/kg,重量百分数g/kg,摩尔分数mol/总mol.过饱和溶液：溶液中的溶质量超过饱和值溶解度曲线■…温度和浓度的关系，把整个溶液区分为2个部分，分开它们的即饱和曲线。溶解度曲线在亚稳过饱和区，如没有形核中心（外来的或有意引入的），不会析出晶体。在不

7、稳过饱和区，即使没有形核屮心，也会自发形核从而有晶体从溶液屮析出。图中的亚稳过饱和区最为重耍，这时的析品只在已有的品核（籽品）上进行。使C点的溶液饱和有2条路：A・A‘或B-B；前者即保持浓度不变，通过降温使饱和（降温法），后者是保持温度不变，提高溶液浓度使溶液过饱和，即让溶液蒸发使过饱和（恒温蒸发法）。要根据溶解度曲线的形状來选择用那种方法。溶解度温度系数K=AW/AT实际上是溶解度温度曲线的斜率。其中AW是物质在溶剂中溶解的变化量。AT为温度的变化量。K可正可负。对溶液的要求：1）溶解度为10%-60

8、%,2）合适的正溶解度温度系数，3）高纯度和高稳定性，4）低挥发口黏度和毒性小。常用溶剂:熔点°C沸点°C比重水01001.0乙醇・117.378.50.789丙酮-95110.60.87苯5.580.10.879溶剂的选择：相似相溶，具体作实验或根据前人经验。降温法利用晶体正溶解度温度系数，将在一定温度下配制的饱和溶液，于封闭状态下保持溶剂总量不变，而逐渐降低温度，使溶液成为过饱和溶液，析出的溶质不断结晶在籽晶上。其装置示意