1樓：中地數媒
晶核形成後，將進一步成長。下面介紹關於晶體生長的幾種主要的模型。e69da5e6ba9062616964757a686964616f31333433616235
1.層生長理論模型
科塞爾（kossel，1927）首先提出、後經斯特蘭斯基（stranski）加以發展的晶體的層生長理論亦稱為科塞爾-斯特蘭斯基理論。這一模型要討論的關鍵問題是：在一個面尚未生長完全前在這一介面上找出最佳生長位置。
圖8-2 表示了一個簡單立方晶體模型上一介面上的各種位置，各位上成鍵數目不同，新質點就位後的穩定程度不同。每一個來自環境相的新質點在環境相與新相介面的晶格上就位時，最可能結合的位置是能量上最有利的位置，即結合成鍵時應該是成鍵數目最多、釋放出能量最大的位置。圖8-2 所示質點在生長中的晶體表面上所可能有的各種生長位置：
k 為曲折面，具有三面凹角，是最有利的生長位置；其次是 s 階梯面，具有二面凹角的位置；最不利的生長位置是 a。由此可以得出如下的結論，即晶體在理想情況下生長時，一旦有三面凹角位存在，質點則優先沿著三面凹角位生長一條行列；而當這一行列長滿後，就只有二面凹角位了，質點就只能在二面凹角處就位生長，這時又會產生三面凹角位，然後生長相鄰的行列；在長滿一層面網後，質點就只能在光滑表面上生長，這一過程就相當於在光滑表面上形成一個二維核（two-dimensional nucle-us），來提供三面凹角和二面凹角，再開始生長第二層面網。晶面（最外的面網）是平行向外推移而生長的。
這就是晶體的層生長模型，用它可以解釋如下的一些生長現象：
圖8-2 晶體生長過程中表面狀態**
圖8-3 石英的帶狀構造
（1）晶體常生長成面平、稜直的多面體形態。
（2）在晶體生長的過程中，環境可能有所變化，不同時刻生成的晶體在物性（如顏色）和成分等方面可能有細微的變化，因而在晶體的斷面上常常可以看到帶狀構造（圖8-3）。它表明晶面是平行向外推移生長的。
（3）由於晶面是向外平行推移生長的，所以同種礦物不同晶體上對應晶面間的夾角不變。
（4）晶體由小長大，許多晶面向外平行移動的軌跡形成以晶體中心為頂點的錐狀體稱為生長錐或砂鍾狀構造（圖8-4、圖8-5）。在薄片中常常能看到。
圖8-4 生長錐
圖8-5 普通輝石的砂鍾狀構造
然而晶體生長的實際情況要比簡單層生長模型複雜得多。往往一次沉澱在一個晶面上的物質層的厚度可達幾萬或幾十萬個分子層。同時亦不一定是一層一層地順序堆積，而是一層尚未長完，又有一個新層開始生長。
這樣繼續生長下去的結果，使晶體表面不平坦，成為階梯狀稱為晶面階梯。
層生長模型雖然有其正確的方面，但實際晶體生長過程並非完全按照二維層生長的機制進行。因為當晶體的一層面網生長完成之後，再在其上開始生長第二層面網時有很大的困難，其原因是已長好的面網對溶液中質點的引力較小，不易克服質點的熱振動使質點就位。因此，在過飽和度或過冷卻度較低的情況下，晶體生長就需要用其他的生長機制加以解釋。
2.螺旋生長理論模型
弗朗克等人（1949、1951）研究了氣相中晶體生長的情況，估計二維層生長所需的過飽和度不小於 25%～50%。然而在實際中卻發現在過飽和度小於1%的氣相中晶體亦能生長。這種現象並不是層生長模型所能解釋的。
他們根據實際晶體結構的各種缺陷中最常見的位錯現象，提出了晶體的螺旋生長模型（bcf模型，由 burton、cabrera、frank三人提出），即在晶體生長介面上螺旋位錯露頭點所出現的凹角及其延伸所形成的二面凹角（圖8-6）可作為晶體生長的臺階源，促進光滑介面上的生長。這樣便成功地解釋了晶體在很低的過飽和度下能夠生長的實際現象。印度結晶學家維爾馬（verma，1951）對 sic 晶體表面上的生長螺旋紋（圖8-7）及其他大量螺旋紋的觀察，證實了這個模型在晶體生長過程中的重要作用。
圖8-6 晶體的位錯
位錯的出現，在晶體的介面上提供了一個永不消失的臺階源。隨著生長的進行，臺階將會以位錯處為中心呈螺旋狀分佈，螺旋式的臺階並不隨著原子面網一層層生長而消失，從而使螺旋式生長持續下去。螺旋狀生長與層狀生長不同的是臺階並不直線式地等速前進掃過晶面，而是圍繞著螺旋位錯的軸線螺旋狀前進（圖8-8）。
隨著晶體的不斷長大，最終表現在晶面上形成能提供生長條件資訊的各種樣式的螺旋紋。
3.其他晶體生長模型簡介
層生長理論模型和螺旋生長理論模型都有一個共同的缺點，即都不考慮生長質點（基元）本身的性質，例如生長質點（基元）和生長質點（基元）之間的鍵合作用、固體生長質點與液體相互間的鍵合作用等等，而恰恰是這些鍵合力的強弱對晶體生長產生很大影響。基於此，傑克遜（jackson）於 1958 年提出了雙原子層介面結構模型，也稱作傑克遜模型。該模型從鍵合能的角度出發，得到了分清介面是光滑還是粗糙的重要判據———傑克遜因子，傑克遜因子與兩方面的因素有關，一方面與生長體系的熱力學性質有關，如從液相變為晶相的相變潛熱、溫度等；另一方面與晶面的具體結構及方向（即晶面符號）有關。
從晶面的傑克遜因子的大小可以判斷該晶面的生長機制。但是，雙原子介面結構模型將晶體生長過程限制在雙原子層內（一層為液相，一層為晶相），即晶相與液相是「突變」的，實際晶體生長介面可以是「彌散」，即從液相到晶相的介面是過渡狀的。基於此，特姆金（temkin）於 1966 年又提出了彌散介面模型。
圖8-7 sic晶體表面的生長螺旋
圖8-8 螺旋生長模式
螺旋生長模型提出後，人們並未進一步考慮螺旋位錯以外的其他位錯缺陷在晶體生長中的作用。直到20世紀80年代，一些國外學者及我國的閔乃本提出了刃位錯、層錯等都可提供晶體生長的臺階源。此外，上述層生長模型和螺旋生長模型都將生長質點假設為球形或立方體，生長介面也是簡單的立方格子結構，沒有考慮生長質點的形狀、大小對生長過程的影響，我國學者仲維卓提出了負離子配位多面體生長基元理論模型，生長質點為具體的陰陽離子配位多面體，生長過程直接與生長介面的具體晶體結構有關。
晶體生長實驗方法
2樓：中地數媒
雖然描述晶體生長的理論模型較多，但所有的模型都與實際晶體生長實驗還有很大的差距，晶體生長實際過程還是通過實驗來確定，還不能用理論指導生產。具體方法很多，下面簡要介紹幾種最常用的方法。
（1）水熱法。這是一種在高溫高壓下從過飽和熱水溶液中培養晶體的方法。用這種方法可以合成水晶、剛玉（紅寶石、藍寶石）、綠柱石（祖母綠、海藍寶石）、石榴子石及其他多種矽酸鹽和鎢酸鹽等上百種晶體。
晶體的培養是在高壓釜（圖8-9）內進行的。高壓釜由耐高溫高壓和耐酸鹼的特種鋼材製成。上部為結晶區，懸掛有籽晶；下部為溶解區，放置培養晶體的原料，釜內填裝溶劑介質。
由於結晶區與溶解區之間有溫度差（如培養水晶，結晶區為 330～350°c，溶解區為360～380°c）而產生對流，將高溫的飽和溶液帶至低溫的結晶區形成過飽和析出溶質使籽晶生長。溫度降低並已析出了部分溶質的溶液又流向下部，溶解培養料，如此迴圈往復，使籽晶得以連續不斷地長大。
圖8-9 水熱法培養晶體的裝置
（2）提拉法。這是一種直接從熔體中拉出單晶的方法。其裝置如圖8-10 所示。
熔體置坩堝中，籽晶固定於可以旋轉和升降的提拉桿上。降低提拉桿，將籽晶插入熔體，調節溫度使籽晶生長。提升提拉桿，使晶體一面生長，一面被慢慢地拉出來。
這是從熔體中生長晶體常用的方法。用此法可以拉出多種晶體，如單晶矽、白鎢礦、釔鋁榴石和均勻透明的紅寶石等。適合用提拉法生長的晶體只能是同成分相變晶體，即熔體與晶體成分相同，只須在熔點處從熔體轉變為晶體。
圖8-10 提拉法示意圖
（3）低溫溶液生長。從低溫溶液（從室溫到75°c左右）中生長晶體是一種最古老的方法。該方法就是將結晶物質溶於水中形成飽和溶液，再通過降溫或蒸發水分使晶體從溶液中生長出來。
在工業結晶中，從海鹽、食糖到各種固體化學試劑等的生產，都採用了這一技術。工業結晶大多希望能長成具有高純度和顆粒均勻的多晶體，生長是靠自發成核或放入粉末狀晶種來促進生長的。從低溫溶液中也可培育出各種功能晶體材料，但晶體的硬度低，溶於水。
（4）高溫溶液生長。高溫溶液（約在300°c以上）法生長晶體，十分類似於低溫溶液法生長晶體，它是將晶體的原成分在高溫下溶解於某一助溶劑中，以形成均勻的飽和溶液，晶體是在過飽和溶液中生長，因此也叫助溶劑法或鹽溶法。此法關鍵是要找到能溶解晶體原成分的助溶劑。
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