晶體生長的形狀,晶體生長模型

2021-03-03 23:18:39 字數 4221 閱讀 3891

1樓:大不點

不會恢復,必須要再溶解,你是什麼晶體,如果是單晶矽,即使再溶解,長出來和原先也是不一樣的,但是差別非常小,用提拉法

2樓:加菲7日

是單晶的生長嗎?

這樣可以麼?

晶體生長模型

3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。

影響晶體生長形態的外因

4樓:中地數媒

前面關於晶面的發育,實際上討論的是控制晶體生長形態的內部結構因素。一個晶體的形態既由其本身的內部結構所決定,又不可避免地要受到生長時各種環境因素的影響。所以,一個實際晶體所表現的生長形態,是內部和外部兩方面因素共同作用的結果。

影響晶體外形的因素較多,而且不少因素還互有關聯,而有的因素又有多方面的作用。總的說來,它們都是通過改變晶面間的相對生長速度而起作用的。

圖8-13 雜質對石鹽晶體的影響

(1)溫度。在不同的溫度下,同種物質的晶體,其不同晶面的相對生長速度有所改變,影響晶體形態,如方解石(caco3)在較高溫度下生成的晶體呈扁平狀,而在地表水溶液中形成的晶體則往往是細長的。石英和錫石礦物晶體亦有類似的情況。

(2)雜質。溶液中雜質的存在可以改變晶體上不同面網的表面能,所以其相對生長速度也隨之變化而影響晶體形態。例如,在純淨水中結晶的石鹽是立方體,而在溶液中有少量硼酸存在時則出現立方體與八面體的聚形(圖8-13)。

(3)渦流。在生長著的晶體周圍,溶液中的溶質向晶體粘附,其本身濃度降低以及晶體生長放出熱量,使溶液密度減小。由於重力作用,輕溶液上升,遠處的重溶液補充進來,從而形成了渦流。

渦流使溶液物質供給不均勻,有方向性,同時晶體所處的位置也可能有所不同,如懸浮在溶液中的晶體下部易得溶質的**,而貼著基底的晶體底部得不到溶質等等,因而生長形態特徵不同。為了消除因重力而產生的渦流,現已在人造地球衛星的失重環境中試驗晶體的生長。

(4)粘度。溶液的粘度也影響晶體的生長。粘度的加大,將妨礙渦流的產生,溶質的供給只有以擴散的方式來進行,晶體在物質供給十分困難的條件下生成。

由於晶體的稜角部分比較容易接受溶質,生長得較快,晶面的中心生長得慢,甚至完全不長,從而形成骸晶(圖8-14)。

(5)結晶速度。快速生長會導致晶體形態偏離平衡狀態,也會形成骸晶、枝晶,如圖8-15所示為火山岩中的輝石枝晶。快速生長還可以導致成核速度大,則結晶中心增多,晶體長得細小。

反之,結晶速度小,則晶體生長得粗大。如岩漿在地下緩慢結晶,則生長成粗粒晶體組成的深成岩,如花崗岩;但在地表快速結晶則生長由細粒晶體甚至於隱晶質組成的噴出巖,如流紋岩。結晶速度還影響晶體的純淨度,快速結晶的晶體往往不純,包裹了很多雜質。

圖8-14 石鹽骸晶

影響晶體生長的外部因素還有很多,如晶體析出的先後次序也影響晶體形態,先析出者有較多自由空間,晶形完整,成自形晶;較後生長的則形成半自形晶或它形晶。同一種礦物的天然晶體於不同的地質條件下形成時,在形態上、物理性質上都可能顯示不同的特徵,這些特徵標誌著晶體的生長環境,稱為標型特徵(typomorphic features)。

圖8-15 火山岩中的輝石枝晶

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