晶体生长

晶体生长是物质在特定的物理和化学条件下由气相、液相或固相形成晶体的过程。近年来人工合成晶体技术迅速发展，成功地合成了大量重要的晶体材料，如激光材料、半导体材料、磁性材料、人造宝石以及其它多种现代科技所要求的具有特种功能的晶体材料。当前人工合成晶体已成为材料科学中一个重要组成部分。《晶体生长》主要从相关专业本科专业课程的要求出发，对现有文献资料进行了体系性的综合总结，侧重了人工晶体生长的工程应用。作者长期从事人工晶体生长的科研和教学，使得《晶体生长》这本书取材合理，详略得当。 

《晶体生长》主要介绍了人工晶体生长的理论基础、常用方法、工艺技术和晶体材料的性能检测。《晶体生长》侧重人工晶体生长的工程应用，较为全面地讲解了气相生长法、溶液生长法、熔体生长法、固相生长法的各项应用技术的基本原理、工艺控制、关键因素和应用实例。《晶体生长》由晶体结构的基本概念讲起，围绕工程应用展开理论性、知识性的内容；从晶体如何生长出来到生长出来后的品质检测，体系完整，详略得当。

张霞，盐城工学院，从2004年在中科院合肥物质学院攻读博士学位开始，就从事人工晶体的研究和生长，主要是激光晶体例如YAG:Yb，Nb：GGG激光晶体的研究和生长。主讲《晶体生长》课程多年。

第1章  概述1

1.1基本概念1

1.2人工晶体的重要性与分类2

1.2.1半导体晶体2

1.2.2激光晶体3

1.2.3非线性光学晶体——变频晶体4

1.2.4光折变晶体5

1.2.5闪烁晶体7

1.2.6电光、磁光、声光调制晶体7

1.2.7压电晶体8

1.2.8热释电晶体9

1.2.9光学晶体9

1.2.10宝石晶体10

1.2.11超硬晶体10

1.3人工晶体的发展和现状11

1.3.1中国人工晶体的悠久历史11

1.3.2块状晶体12

1.3.3薄膜晶体14

1.3.4纤维状晶体14

1.3.5纳米晶材料与纳米结构15

1.4人工晶体的应用16

参考文献18

第2章  晶体结构19

2.1基本概念19

2.2晶体结构分类21

2.3金属晶体21

2.3.1概述21

2.3.2金属单质的晶体结构21

2.3.3合金的晶体结构24

2.4共价晶体26

2.4.1金刚石的晶体结构26

2.4.2AB型共价晶体的结构27

2.4.3AB2型共价晶体的结构27

2.5离子晶体28

2.5.1AB型化合物结构28

2.5.2AB2型化合物结构29

2.5.3A2B3型化合物结构30

2.5.4其他类型的离子晶体结构30

2.6分子晶体32

2.7氢键晶体33

2.8混合型晶体33

参考文献33

第3章  晶体生长理论34

3.1相变的基本条件34

3.1.1结晶的热力学条件35

3.1.2结晶的结构条件36

3.2晶核的形成37

3.3晶体生长过程和形态39

3.4完整晶面生长40

3.5准理想晶面生长41

3.6晶体生长的热量输运41

3.6.1热量输运的基本形式41

3.6.2热损耗和稳定温度41

3.6.3温场和温度梯度42

3.6.4液流效应43

3.7质量输运46

3.7.1分凝系数46

3.7.2溶质分布的均匀化47

3.7.3生长层48

3.8界面的稳定性48

参考文献50

第4章  晶体材料的生长方法51

4.1概述51

4.2气相生长法51

4.2.1物理输运技术52

4.2.2化学输运技术57

4.2.3化学输运技术的生长装置60

4.3溶液生长法60

4.3.1概述60

4.3.2溶液的分析61

4.3.3溶液法晶体生长的影响因素63

4.3.4常温条件下从溶液中生长晶体的方法68

4.3.5助溶剂法晶体生长73

4.3.6水热法晶体生长79

4.4熔体生长法84

4.4.1概述84

4.4.2提拉法85

4.4.3Bridgman法95

4.4.4泡生法105

4.4.5焰熔法107

4.4.6热交换法110

4.4.7区熔法111

4.5固相生长法115

4.5.1固相法基本原理与影响因素115

4.5.2自蔓延高温合成技术116

参考文献120

第5章  晶体材料的表征方法122

5.1概述122

5.2晶体缺陷123

5.2.1晶体成分缺陷123

5.2.2晶体结构缺陷125

5.3晶体性能表征方法135

5.3.1晶体结构、缺陷、组织与成分分析135

5.3.2晶体物理性能分析139

5.4晶体结构衍射分析147

5.4.1X射线衍射分析的基本原理147

5.4.2电子衍射分析的基本原理149

5.4.3单晶体结构缺陷的衍射分析151

5.5晶体组织形貌显微分析155

5.5.1光学显微分析155

5.5.2电子显微分析157

5.5.3原子力显微镜及扫描隧道显微镜分析158

5.5.4晶体显微分析试样的制备159

参考文献164

 

晶体奇妙美丽，有很多用途。自然界中天然形成的晶体或储量不足，或存在缺陷影响晶体的应用。采用各种精巧的设备，设定晶体生长所需的温度、气氛和组分等，通过一系列严格控制的条件，可以人工生长出具有所需高品质的晶体。

自从1669年丹麦学者开始研究晶体生长以来，对晶体生长机制的探索经历了多种理论的发展，出现了许多各种各样的生长模型。现代晶体生长技术、晶体生长理论及晶体生长实践相互影响，使人们越来越接近于揭开晶体生长的神秘面纱。

到目前为止，国内外有晶体生长原理方面著作多种。但是这些书籍所述的原理等对本科学生来说学习起来有点力不从心。近年来，编者针对地方本科应用型高校相关工科专业教学对晶体生长知识的需要，进行了大量的专业课程改革尝试。根据相关专业课程教学的要求，我们编写了本书。本书简要介绍了晶体生长的原理，重点讲解了各种晶体生长技术及晶体性能的检测。本书编写参考了相关的国内外文献和书籍，在此对原作者表示衷心的感谢。本书由张霞主编，侯海军副主编。张霞编写了第1、4章，侯海军编写了第2、3章，温永春编写了第5章。鉴于编者知识水平有限，本书中若有不当之处，恳请各位读者批评指正。本书获得江苏省高校品牌专业建设工程项目资助(PPZY2015A025)，在此表示感谢。

编者

2019年2月