02-晶體生長(結晶學與礦物學)講解

《02-晶體生長(結晶學與礦物學)講解》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《02-晶體生長(結晶學與礦物學)講解（41頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,McGraw-Hill Dictionary of Scientific&Technical Terms,long-range order(solid-state physics),A tendency for some property of atoms in a lattice(such as spin orientation or type of atom)to follow a pattern which is

2、repeated every few unit cells.,long-range order,Atomic positions in a crystal exhibit a property called,long-range order,or,translational periodicity,;positions repeat in space in a regular array.,Encyclop,dia Britannica,Wikipedia,The order can consist either in a full crystalline,space,group,symmet

3、ry,or in a correlation.Depending on how the correlations decay with distance,one speaks of,long-range order,or,short-range order,.,long range order，結晶學概念。指整體性的有序現(xiàn)象。例如在一個單晶體的范圍內,質點的有序分布延長到整個晶格的全部,亦即從整個晶體范圍來看,質點的分布都是有序的。,百度百科,在晶體中假設每種質點(黑點或圓圈)在整個圖形中各自都呈現(xiàn)規(guī)律的周期性重復。把周期重復的點用直線聯(lián)結起來，可獲得平行四邊形網(wǎng)格?？梢韵胂?，在三維空間，這種

4、網(wǎng)格將構成空間格子，這種在圖形中貫徹始終的規(guī)律稱為遠程規(guī)律或長程有序。,教科書上李勝榮，2023,長程有序(long-range order)即晶體內部的原子排列具有延綿不斷的有序性;反之叫短程有序 羅谷風，2023,Encyclop,dia Britannica,quasicrystal,also called quasi-periodic crystal,matter formed atomically in a manner somewhere between the,amorphous,solids,of glasses(special forms of metals and othe

5、r minerals,as well as common glass)and the precise pattern of,crystals,.Like crystals,quasicrystals contain,an ordered structure,but the patterns are subtle and do not recur at precisely regular intervals.,Wikipedia,A quasiperiodic crystal,or,in short,quasicrystal,is a structure that is ordered but

6、not periodic.A quasicrystalline pattern can continuously fill all available space,but it lacks translational symmetry平移對稱.While crystals,according to the classical crystallographic restriction theorem,can possess only two,three,four,and six-fold rotational symmetries,the Bragg diffraction pattern of

7、 quasicrystals shows sharp peaks with other symmetry orders,for instance five-fold.,準晶體,Quasicrystal,：,McGraw-Hill Science&Technology Encyclopedia,：,Quasicrystal,：,A solid with conventional crystalline properties but exhibiting a point-group symmetry inconsistent with translational periodicity.Like

8、crystals,quasicrystals display discrete diffraction patterns,crystallize into polyhedral forms,and,have long-range orientational order,all of which indicate that their structure is not random.But the unusual symmetry and the finding that the,discrete diffraction pattern,does not fall on a reciprocal

9、 periodic lattice suggest a solid that is quasiperiodic.Their discovery in 1982 contradicted a long-held belief that all crystals would be periodic arrangements of atoms or molecules.,準晶體,Quasicrystal,：,準晶體是其內部質點排列具有遠程規(guī)律，但沒有平移周期趙珊茸，2023，或不表達周期重復潘兆櫓，1993，即不具格子構造。這種物態(tài)是介于晶體與非晶體之間的一種狀態(tài)，人們稱之為準晶態(tài)或準晶體quasi

10、crystal。,中國大百科全書，1993：,準晶體：原子等呈定向長程有序排列，但不作周期性平移重復，具有與空間格子不相容的對稱如五次對稱軸的固體。,準晶體是一種固體，但其內部即不像非晶質體那樣完全無序的分布，又不像晶體那樣的三維周期性平移有序。準晶體是其內部構造在三維空間作長程取向有序分布的固體 羅谷風，2023。,(a)110 diffraction pattern from LaCO3 crystal recorded by the SC200D CCD at camera length of 600mm,200kV,full CCD 2x binning and 10sec expos

11、ure;(b)reversed contrast of left image.,Discrete diffraction pattern(,離散衍射圖,),Quasicrystal Zn-Mg-Ho Diffraction,國際晶體學聯(lián)合會最近建議把晶體定義為衍射圖譜呈現(xiàn)明確圖案的固體any solid having an essentially discrete diffraction diagram來代替原先的微觀空間呈現(xiàn)周期性構造的定義。,2-1,晶體的形成方式,2-2,晶核的形成,2-3,晶體生長模型,2-4,晶面的發(fā)育,2-5,影響晶體生長的外部因素,2-6,面角守恒定律,結晶學與礦

12、物學,其次章 晶體生長理論,晶體生長過程可以是：,1.,液相結晶固相,2.,氣相結晶固相,3.,固相結晶固相,2-1,晶體的形成方式,其次章 晶體生長理論,1.液相結晶固相,a)熔體中結晶,b)溶液中結晶,c)蒸發(fā)結晶,d)化學反響結晶,2-1,晶體的形成方式,其次章 晶體生長理論,條件：,a降低溫度-熔體過冷卻,b分散質到達過飽和,c分散劑削減,d化學反響生成不溶物質。,2.,氣相,固相,條件：足夠低的蒸氣壓,3.,固相結晶固相,非晶固相結晶固相,結晶固相結晶固相,同質多象轉變,重結晶作用,固溶體分解,變質結晶,2-1,晶體的形成方式,其次章 晶體生長理論,其次章 晶體生長理論,2-1,晶體

13、的形成方式,Gs為新相形成時新舊相界面的外表能，Gv為新相形成時的體系自由能,rc為體系自由能由上升到降低轉變時所對應的晶核半徑值臨界半徑,只有當rrc時，G下降，晶核才能穩(wěn)定存在。,成核是一個相變過程，即在母液相中形成固相小晶芽，這一相變過程中體系自由能的變化為：,G=,Gv+,Gs,也就是說，晶核的形成，一方面由于體系從液相轉變?yōu)閮饶芨〉木w相而使體系自由能下降，另一方面又由于增加了液-固界面而使體系自由能上升。,2-2,晶核的形成,其次章 晶體生長理論,晶體生長過程的第一步，就是形成晶核。,2-2,晶核的形成,其次章 晶體生長理論,1.,成核的條件,成核的內因：晶體的最小內能,成核的外

14、因：過冷卻度與過飽和,2成核作用：體系內瞬間消逝很多個微細結晶粒子核。,3成核方式：均勻成核(homogeneous nucleation)：,在體系內任何部位成核率是相等的,非均勻成核(heterogeneous nucleation)：,在體系的某些部位的成核率高于另一,些部位局部飽過和、雜質等,4,成核速度：,單位時間、單位體積內成核的數(shù)量,5,影響成核的因素：,過飽和、過冷卻、粘度、雜質等,2-3,晶體生長模型,其次章 晶體生長理論,晶體的生長,crystal growth,晶體生長的兩個主要理論模型：,層生長理論 和 螺旋生長理論,能夠解釋晶體如何由小長大,1,層生長理論模型,(,l

15、ayer growth),其次章 晶體生長理論,科塞爾Kossel 1927年首先提出，后經(jīng)斯特藍斯基Stranski進展而成的晶體生長模型。,2-3,晶體生長模型,層生長理論示意圖,其次章 晶體生長理論,1,層生長理論模型,(,layer growth),證據(jù)：,a晶體外表的幾何形態(tài),b環(huán)帶構造zoning,c砂鐘構造、生長錐等,d面角恒等,e晶面階梯狀生長紋,1,層生長理論模型,(,layer growth),其次章 晶體生長理論,1,層生長理論模型,(,layer growth),其次章 晶體生長理論,優(yōu)缺點評述：,優(yōu)點：簡明扼要，有利于生疏晶體生長過程。,缺乏：a晶體生長時，質點不會一

16、個一個依次積存可能瞬間積存上千萬個質點。不完全符合實際晶體結晶過程。,b晶體生長時，不行能依次層層外推，一旦長滿一層，只形成A位，質點再就位能量加大。,c依據(jù)該理論，飽和度需到達2550，但試驗證明：飽和度為1，照舊可以結晶。無法解釋低飽和度狀況的結晶過程。,1,層生長理論模型,(,layer growth),其次章 晶體生長理論,2.,螺旋生長理論模型,(screw growth),其次章 晶體生長理論,Frank等人1949，1951的試驗證明：氣相結晶時，1%的過飽和度即可。另外，覺察實際晶體總是存在臺階位錯。,2-3,晶體生長模型,1,布拉維法則,晶體上的實際晶面平行于面網(wǎng)密度大的面網(wǎng)，這就是布拉維法則,(law of Bravais),。,2-4,晶面的發(fā)育,其次章 晶體生長理論,2,節(jié)點生長,其次章 晶體生長理論,2-4,晶面的發(fā)育,面網(wǎng)密度：,ABDCBC,生長速度：,ABDC S面 F面,晶體外表常保存F面，且易發(fā)育成較大晶面。K面易缺失。,F,F,F,S,S,S,K,其次章 晶體生長理論,2-4,晶面的發(fā)育,2-5,影響晶體生長的外部因素,溫度,雜質,粘度,結晶速度,