溴酸钠晶体的生长及光学特性研究【文献综述】

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1、毕业论文文献综述物理学溴酸钠晶体的生长及光学特性研究摘要：晶体生长方法大致五种，根据的性质，我们采用水溶液降温法生长大块溴酸钠晶体。在晶体生长过程中，对其形态有影响的主要因素是温度、过饱和度和杂质。对溴酸钠光学特性的研究（旋光性和色散等），可以了解溴酸钠晶体的许多物理化学性质，对新型光学功能材料的开发具有重要意义。关键词：NaBrO3，晶体生长，旋光性，色散NaBrO3晶体无色透明、易溶于水，比重为3.339（17.5℃），熔点为381℃，晶体不含结晶水，宏观外形为正四面体，属于立方体系，每个单胞包含有四个分子，其单胞参数a=6.705×10-10m[1]。由于NaBrO3晶体

2、主要晶面任何一对之间夹角恒等70°32′，所以不需要任何加工就可直接代替光学玻璃用作棱镜，在光谱仪等方面得到应用[1]。较早出现的人工晶体是常见的食用盐氯化钠晶体，它一般是将海水晒干后得到的，这种方法属于溶液生长法，其它的晶体生长方法还有熔体生长法，气相生长法，固相生长法和薄膜生长法。这些生长方法在具体实践中还有许多变种，究竟采取哪一种方法要根据材料的物理化学性质、相图以及方法本身的特点而定[2]。根据NaBrO3晶体易溶于水等性质以及用溶液法生长晶体简单，能够生长出大的晶体等特点，又因为NaBrO3在水中的溶解度随温度的升高而增大，所以我们采用水溶液降温法生长NaBrO3晶体

3、。晶体生长中会出现不同物相之间的转化过程。在这一过程中体系的温度、组分、压力等条件会影响最终生成晶体的大小、形状[2]。用溶液法生长晶体的主要影响因素是生长温度、过饱和度和杂质等。已有人在温度为29-46°C和过饱和度为ln(C/Ce)=0.0-0.1（Ce:平衡摩尔分数）范围内观察了溴酸钠（NaBrO3）晶体从水溶液中生长出来这一过程，对晶体形态产生影响的主要因素是生长温度和过饱和度[3]。实验是这样做的：将溶液样品放到一显微镜载物片上，并用一控温器控制溶液的温度；确定平衡温度后降低样品温度，溶液达到过饱和后就会生长晶体，样品温度每降低ΔT就相应的拍一张晶体生长状态的照片；通

4、过ΔT数据和饱和度曲线计算出每个阶段中溶液的过饱和度。实验结果显示，晶体生长时有三种形态：立方的，四面体型的和多面体型（立方与四面体的复合）的。在较高温度范围（T>34°C）内，随着过饱和度的增大，晶体形态是从多面体向立方体转变，多面体形态在低温范围产生，并且随着温度的上升这一形态的区域会逐渐变大，四面体型的晶体只在低温（T<34°C）存在。另外值得注意的是，当生长温度为34.5°C时，一个晶体在ln(C/Ce)=0.063时长成立方体形态，但是另一个在ln(C/Ce)=0.09.时却长成四面体形态，这就说明随着过饱和度的升高四面体形态才会向立方体形态转变。对晶体形态改变的解释

5、是基于这样一个观点：形态是由晶体不同面的生长速率决定的。不规则的多面体形态的晶体容易在低过饱和度和高温范围内生长，这表明各面生长速率之间的差异会随着温度的升高和过饱和度的降低而变小，目前这种变化的原因还不清楚[3]。如果溶液中掺有杂质，则杂质对晶体的生长亦非常重要。在过饱和度：ln(C/Ce)=0-0.24，（Ce：平衡摩尔分数），生长温度：20-64℃范围内，从掺有杂质乙酸（浓度为1.15mol%）的水溶液中生长NaBrO3晶体，可以观察到，在低过饱和度范围内杂质对NaBrO3晶体形态改变的影响非常重要[4]。这个实验操作与前面提到的大致相同，结果却有所不同。i）在

6、低过饱和度范围内，晶体从四面体形态变成立方形态的转变温度在掺杂溶液中比纯溶液中更高。ii）在掺杂的溶液中，晶体形状由四面体形态变为立方体形态的转变温度随着过饱和度的增加突然降低，并且，通过在溶液中加入杂质，在高过饱和度范围内，随着过饱和度变化的转变温度曲线向左稍微有所偏离。这两个差别要归因于杂质的影响。为了定性解释杂质对晶面生长速率的影响，该论文[4]中引用了三各晶体生长模型CabreraandVermilyea的模型，KubotaandMullin模型和Derksenetal.的模型。由于没有将随时间变化的杂质吸附作用对晶层生长速率的影响考虑进去，这些模型不能解释在掺杂溶液中

7、，在高过饱和度时，随着过饱和度变化的转变温度曲线为什么会稍微向左偏移这一现象[4]。通过对在水溶液中生长NaBrO3晶体的研究，我们可以设置合适的温度、过饱和度和加入适量的杂质生长出符合我们要求的晶体。但生长晶体的最终目的是要其应用到实际的社会活动中，而要做到这一步我们就不得不研究晶体的相关性质，这里主要说一下其旋光性、色散性和各向同向性。旋光性又称光活性，就是指某物质在一束线偏振光透过时能使其偏振面方向转过一个角度的性质。一般地，手性分子都具有旋光性，而非手性分子没有旋光性。一个线偏振的光