化学清洗与安全知识
1 化学清洗
在半导体器件工艺实验中.化学清洗是指清除吸附在半导体、金属材料以及用具表面上的各种有害杂质或油污。清洗方法是利用各种化学试剂和有机熔剂与吸附在被清洗物体表面上的杂质及油污发生化学反应和溶解作用，或伴以超声.加热、抽真空等物理措施，使杂质从被清洗物体的表面脱附或称解吸，然后用大量高纯冷热去离子水冲洗，从而获得洁净的物体表面。
1.1 化学清洗的重要性
工艺实验中每个实验都有化学清洗的问题，化学清洗的好坏对实验结果有严重的影响，处理不当，则得不到实验结果或实验结果不好。因此弄清楚化学清洗的作用和原理，对做好工艺实验有着重要的意义。大家知道，半导体的重要特性之一是对杂质十分敏感，只要有百万分之一，甚至微量的杂质，就会对半导体的物理性质有所影响，我们就是利用这一特性，通过掺杂的方法.制作各种功能的半导体器件。但也由于这一特性，给半导体器件工艺实验带来麻烦和困难.所使用的化学试剂、生产工具，清洗用的水等都可能成为有害杂质的沾污源.即使是清洁的半导体晶片，较长时间暴露于空气之中.也会引入明显的杂质沾污。化学清洗就是消除有害杂质沾污，保持矽片表面清洁。
1.2 化学清洗的范围
化学清洗主要包括三个方面的清洗，一是矽片表面的清洗二是使用的金属材料如作蒸发电极用的钨丝，作蒸发垫板用的钼片、作蒸发源用的铝合金，制铬板用的铬等的清洗三是所用工具、器皿如金属镊子.石英管、玻璃容器、石墨模具、塑料和橡胶制品等的清洗。
1.3 矽片表面沾污杂质的型别
1分子型杂质吸附
以分子形式吸附在矽片表面上的典型沾污杂质，主要是天然或合成油脂、树脂和油类等物质。在衬 *** 备中的切、磨、抛引入的杂质多属于此种类型。此外， *** 作者手指上的油脂，光刻胶以及有机溶剂的残渣等也均属于这一型别。
分子型杂质吸收的特点是它们与矽片表面的接触通常是依靠静电引力来维持，是一种物理吸附现象。由于天然或合成油脂、树脂和油类的分子一般以非极性分子存在，它是靠杂质的中性分子与矽片表面矽原子没有被平衡的那部分剩余力相互吸引而结合的。结合的力与分子型晶体结构中分子与分子间存在的范德瓦耳斯力是一样的。这种吸引力比较弱，它随着分子间距的增加很快被削弱，所以这种力所涉及的范围只不过在2～3×10-8厘米即2-3埃左右，也就是象分子直径那么大小的距离，因此要彻底清除这些分子型杂质是比较容易的。分子型杂质的另一个重要特点是，大多是不溶于水的有机化合物，当它们吸附在矽片表面时将使矽片表面呈现疏水性，从而妨碍了去离子水或酸、碱溶液与矽片表面的有效接触，使得去离子水或酸.碱溶液无法与矽片表面或其它杂质粒子相互作用，因此无法进行有效的化学清洗。
2离子型杂质吸附
以离子形式吸附在矽片表面的杂质一般有K+、Na+、Ga2+、Mg2+、Fe2+、H+、OH-、F-、Cl-、S2-、CO32-等。这类杂质的来源最广,可以来自于空气、用具和装置、化学药品、纯度不高的去离子水、自来水、 *** 作者的鼻和嘴拨出的气体、汗液等各个方面。
离子型杂质吸附多属于化学吸附的范畴，其主要特点是杂质离子和矽片表面之间依靠化学键力相结合，这些杂质离子与矽片表面的原子所达到的平衡距离极小，以至于可以认为这些杂质离子已成为矽片整体的一部分。根据化学吸附杂质的性质，有的可以是晶格自由电子的束缚中心，充当电子的陷阱，起著受主的作用有的可以作为自由空穴的束缚中心，起著施主的作用。由于化学吸附力较强，所以对这种杂质离子的清除较之分子型杂质困难得多。
3原子型杂质吸附
以原子形式吸附在矽片表面形成沾污的杂质.主要是指如金、银、铜、铁、镍等金属原子。这些金属原子一般是来自于酸性的腐蚀液，通过置换反应将金属离子还原成为原子而吸附在矽片表面。
原子型杂质吸附力最强,比较难以清除。兼之金、铂等重金属原子不容易和一般酸、碱溶液起化学反应，因此必须采用诸如王水之类的化学试剂，使之形成络合物并溶于试剂中，然后才能用高纯去离子水冲除。
1.4 矽片清洗的一般程式
通过上面分析，分子型杂质比较容易清除。这种杂质的存在，对于清除离子型和原子型杂质具有掩蔽作用。因此在对矽片进行化学清洗时，首先应该把它们清除干净。
离子型和原子型吸附的杂质属于化学吸附杂质，其吸附力都较强，在一般情况下，原子型吸附杂质的量较小，而且它们不和酸、碱发生化学反应，必须用王水或酸性双氧水才能溶除。王水和酸性双氧水还能溶除离子型杂质，因此在化学清洗时，一般都采用酸、碱溶液或碱性双氧水先清除掉离子型吸附杂质，然后再用王水或酸性双氧水清除残存的离子型杂质及原子型杂质。最后用高纯去离子水冲洗干净。
综上所述，清洗矽片的一般程式为：去油→去离子→去原子→去离子水冲洗
每个实验前，矽片都必须进行化学清洗。但由于每次清洗前矽片表面情况不一样，因此每次清洗所用的化学药品，清洗的侧重点就不一样，具体的清洗过程存在着灵活性。所以必须根据具体情况，考虑清洗的实际效果，确定每次清洗工作的具体方法和步骤。
1.5 常用金属和器皿的清洁处理
实验中所用的金属材料和用具也是矽片受沾污的主要原因之一.为了保证矽片表面清洁。必须认真做好金属和器皿的清洁处理工作。金属和器皿的清洗的一般原则是，首先应该清洗油脂类物质，然后用酸、碱或洗液和王水腐蚀清洗或清洗，最后用高纯去离子水冲洗干净。
2 安全知识
实验中经常使用各种化学药品和气体。其中有些是易燃品，易爆品，毒品，以及酸碱等腐蚀品。如果使用不当，会发生事故。首先要避免事故-发生，万一出了事故，不要惊慌失措，要及时采取正确措施，排除故障。
2.1 有机溶剂的安全使用
常用的有机溶剂有甲苯、丙酮、乙醇、丁酮、三氯乙烯、四氯化碳等。这些有机溶剂大多易燃，遇高温或明火时会燃烧，要贮存在阴凉处，不要靠近火源。使用时不要直接放在电炉上加热，若需加热，一般采用水浴加热，如果万一着火，可用溼布或细沙扑灭，最好用二氧化碳、四氯化碳灭火机或泡沫灭火机灭火，不要用水浇或用含水的酸碱灭火机喷射。
这些有机溶剂易挥发，并有不同程度的毒性，因此使用时应在通风橱中 *** 作，加强排气。
2.2 酸碱的安全使用
实验中常用硫酸、硝酸、盐酸、氢氟酸和王水等强酸溶液及氢氧化纳、氢氧化钾等强碱溶液。它们对人体及衣物有强烈的腐蚀作用，因此必须注意安全使用。
1有酸、碱蒸气的地方要安装良好的通风排气装置。
2 *** 作者要穿戴适当的防护服如橡皮手套，戴口罩等。
3严禁用嘴将酸、碱等液体吸入移液管内，应该使用带橡皮球的移液管去吸取。
4搬运时要谨慎，防止酸、碱瓶倾倒或破裂，起封时瓶口应向无人的地方。
5稀释硫酸时必须将硫酸慢慢注入水中，切勿把水倒入硫酸。
6中和浓酸或浓碱时.必须先将它们倒入水中稀释，然后再用碱或酸溶液进行中和。
7盛过强酸、强碱的容器，应先倾倒干净，用水冲洗多遍，然后再进行一般清洁处理。
如果受到酸碱灼伤，首先用大量水冲洗，万一有酸碱溅入眼内时，应速用大量自来水冲洗眼睛。不管严重灼伤还是溅入眼，冲洗后，立即到医院治疗。
2.3 气体的安全使用
使用的气体一般用钢瓶贮送或用输气管道输送。有些气体混合时，容易引起燃烧或爆炸。
为便于识别气瓶中装何种气体，常用不同颜色和字样来标明各种气体所用钢瓶，此外还标着气体名称的字样。
气瓶内的气体通常具有较高的气压，新装的气瓶内的气压约150公斤/厘米2左右，因此存放和使用时应注意安全。
1夏季不要把气瓶放在日光曝晒的地方。存放气瓶的附近禁放易燃物品和使用火源。
2对于装有相互接触能引起燃烧或爆炸的气瓶如氢、氧气瓶必须分开单间存放，避免由于漏气等引起事故。
3气瓶内的气体不能全部用完，一般应留下一定的剩余气体。
4气瓶嘴及搬子严禁沾染油脂。
5使用氢气时必须用惰性气体赶净装置内的空气，检查系统是否漏气，要装回火装置。
2.4 有毒物质的安全使用
在实验中用到有毒化学试剂和化合物时应注意防止中毒。其安全使用的原则是：
1 *** 作应在通风橱内进行，用完的残渣残液应处理后倒在安全处。
2 *** 作者应带口罩、手套，严禁与面板接触和误中。
3实验完毕手套必须用水冲洗干净后才能脱掉。
化学清洗行业的运用
煤碳行业的化学清洗
管道：送热水管下、地下水管清洗、井下液压系统清洗机械加工厂：铁轨、装煤车除锈、防腐动力厂：锅炉清洗、空气预热器清洗空压站：空压机清洗、换热器清洗。
石油开采行业化学清洗
锅炉清洗、换热器清洗、输油管线清洗、套管、导管、注水管线清洗、抽油泵清洗、柴油机冷却系统水垢清洗、加热管道清洗。
核工业的化学清洗
放射性污染的设施、装置清洗空调系统清洗。
菸草行业化学清洗
干燥器清洗、锅炉清洗、换热器清洗、蒸汽管线清洗、上水管道清洗、排污管道清洗、空调水系统除水垢清洗、加溼水系统清洗、空压机清洗。
公用事业的化学清洗
管线：自来水管线、煤气管线、污水管线清洗、暖气管网清洗、暖气片清洗除垢、采暖系统清洗、采暖系统换热器清洗、空调系统清洗锅炉：蒸汽锅炉清洗、热水锅炉清洗、茶水炉清洗热水器：太阳能热水器清洗、燃气热水器清洗、电热水器清洗、热交换器清洗。
航空航海行业清洗
飞机清洗、机场跑道清洗、轮船清洗、船坞清洗、候机楼中央空调清洗、通风管道清洗、风机盘管清洗。
制冷空调行业的化学清洗
冷水机组清洗除垢，中央空调清洗，冷冻水、冷却水系统水垢清洗、冷凝器清洗、冷却塔杀菌粘泥剥离清洗、风机盘管清洗、风管清洗冷库制冰机组。
这个问题解答起来有点麻烦，因为有不同的分类方法。如果按功能分，晶体有20 种之多,如半导体晶体、磁光晶体、激光晶体、电光晶体、声光晶体、非线性光学晶体、压电晶体、热释电晶体、铁电晶体、闪烁晶体、绝缘晶体、敏感晶体、光色晶体、超导晶体以及多功能晶体等。
以上来自下文（读读挺有意思的，真心的希望能够帮助你！）：
晶体学和晶体材料研究的进展2006-09-13 12:51 随着计算机技术和激光技术的发展, 人类已经走进了崭新的光电子时代而实现这一巨大变化的物质基础不是别的, 正是硅单晶和激光晶体。可以断言, 晶体材料的进一步发展, 必将谱写出人类科技文明的新篇章。
一、人类对晶体的认识过程及有关晶体的概念
1. 人类对晶体的认识过程
什么是晶体? 从古至今, 人类一直在孜孜不倦地探索着这个问题。早在石器时代, 人们便发现了各种外形规则的石头, 并把它们做成工具, 从而揭开了探求晶体本质的序幕。之后,经过长期观察,人们发现晶体最显著的特点就是具有规则的外形。1669 年, 意大利科学家斯丹诺(Nicolaus Steno) 发现了晶面角守恒定律, 指出在同一物质的晶体中,相应晶面之间的夹角是恒定不变的。接着,法国科学家阿羽依(Rene Just Haüy) 于1784 年提出了著名的晶胞学说, 使人类对晶体的认识迈出了一大步。根据这一学说,晶胞是构成晶体的最小单位,晶体是由大量晶胞堆积而成的。1885 年, 这一学说被该国科学家布喇菲(A.Bravais) 发展成空间点阵学说, 认为组成晶体的原子、分子或离子是按一定的规则排列的, 这种排列形成一定形式的空间点阵结构。1912 年, 德国科学家劳厄(Max van Laue) 对晶体进行了X射线衍射实验, 首次证实了这一学说的正确性, 并因此获得了诺贝尔物理奖。
2. 晶体的概念
具有空间点阵结构的物体就是晶体, 空间点阵结构共有14 种。例如, 食盐的主要成份氯化钠(NaCl) 具有面心立方结构, 是一种常见的晶体。此外, 许多金属(如钨、钼、钠、常温下的铁等) 都具有体心立方结构, 因而都属于晶体。值得注意的是, 在晶体中, 晶莹透明的有很多, 但是, 并不是所有透明的固体都是晶体, 如玻璃就不是晶体。这是因为, 组成玻璃的质点只是在一个原子附近的范围内作有规则的排列, 而在整个玻璃中并没有形成空间点阵结构。
3. 天然晶体与人工晶体
晶体分成天然晶体和人工晶体。千百年来, 自然界中形成了许多美丽的晶体, 如红宝石、蓝宝石、祖母绿等,这些晶体叫做天然晶体。然而,由于天然晶体出产稀少、价格昂贵,从19世纪末, 人们开始探索各种方法来生长晶体, 这种由人工方法生长出来的晶体叫人工晶体。到目前为止, 人们已发明了几十种晶体生长方法, 如提拉法、浮区法、焰熔法、坩埚下降法、助熔剂法、水热法、降温法、再结晶法等。利用这些方法,人们不仅能生长出自然界中已有的晶体, 还能制造出自然界中没有的晶体。从红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫到各种混合颜色, 这些人工晶体五彩纷呈, 有的甚至比天然晶体还美丽。
4. 晶体的共性
由于具有周期性的空间点阵结构, 晶体具有下列共同性质: 均一性, 即晶体不同部位的宏观性质相同各向异性, 即晶体在不同方向上具有不同的物理性质自限性, 即晶体能自发地形成规则的几何外形对称性, 即晶体在某些特定方向上的物理化学性质完全相同具有固定熔点内能最小。
5. 晶体学
除了对晶体的结构、生长和一般性质的研究, 人们还探索了有关晶体的其它问题, 从而形成了晶体学这门学科。其主要研究内容包括5 个部分: 晶体生长、晶体的几何结构、晶体结构分析、晶体化学及晶体物理。其中, 晶体生长是研究人工培育晶体的方法和规律, 是晶体学研究的重要基础晶体的几何结构是研究晶体外形的几何理论及内部质点的排列规律, 属于晶体学研究的经典理论部分, 但是, 近年来5 次等旋转对称性的发现, 对这一经典理论提出了挑战晶体结构分析是收集大量与晶体结构有关的衍射数据、探明具体晶体结构及X射线结构分析方法的晶体化学主要研究化学成分与晶体结构及性质之间的关系晶体物理则是研究晶体的物理性质, 如光学性质、电学性质、磁学性质、力学性质、声学性质和热学性质等。
二、晶体的性能、应用及进展
一位物理学家说过: “晶体是晶体生长工作者送给物理学家的最好的礼物。”这是因为,当物质以晶体状态存在时, 它将表现出其它物质状态所没有的优异的物理性能, 因而是人类研究固态物质的结构和性能的重要基础。此外, 由于能够实现电、磁、光、声和力的相互作用和转换, 晶体还是电子器件、半导体器件、固体激光器件及各种光学仪器等工业的重要材料, 被广泛地应用于通信、摄影、宇航、医学、地质学、气象学、建筑学、军事技术等领域。
按功能来分,晶体有20 种之多,如半导体晶体、磁光晶体、激光晶体、电光晶体、声光晶体、非线性
光学晶体、压电晶体、热释电晶体、铁电晶体、闪烁晶体、绝缘晶体、敏感晶体、光色晶体、超导晶体以及多功能晶体等。以下简单介绍其中重要的几种。
1. 半导体晶体
半导体晶体是半导体工业的主要基础材料, 从应用的广泛性和重要性来看, 它在晶体中占有头等重要的地位。半导体晶体是从20 世纪50 年代开始发展起来的。第一代半导体晶体是锗( Ge) 单晶和硅单晶
(Si) 。由它们制成的各种二极管、三极管、场效应管、可控硅及大功率管等器件, 在无线电子工业上有着 极其广泛的用途。它们的发展使得集成电路从只包括十几个单元电路飞速发展到含有成千上万个元件的超大规模集成电路, 从而极大地促进了电子产品的微小型化, 大大提高了工作的可靠性, 同时又降低了成本, 进而促进了集成电路在空间研究、核武器、导d、雷达、电子计算机、军事通信装备及民用等方面的广泛应用。
目前, 除了向大直径、高纯度、高均匀度及无缺陷方向发展的硅单晶之外, 人们又研究了第二代半导体晶体——Ⅲ—Ⅴ族化合物, 如(CaAs) 、磷化镓( GaP) 等单晶。近来, 为了满足对更高性能的需求,已发展到三元或多元化合物等半导体晶体。在半导体晶体材料中, 特别值得一提的是氮化镓( GaN) 晶体。由于它具有很宽的禁带宽度(室温下为3. 4eV) , 因而是蓝绿光发光二级管(LED) 、激光二极管(LD) 及高功率集成电路的理想材料,近年来在全世界范围内掀起了研究热潮, 成为炙手可热的研究焦点。目前, 中国科学院物理研究所在该晶体的生长方面独辟蹊径, 首次利用熔盐法生长出3mm×4mm的片状晶体 。一旦该晶体的质量得到进一步的提高, 它将在发光器件、光通讯系统、CD 机、全色打印、高分辨率激光打印、大屏幕全色显示系统、超薄电视等方面得到广泛的应用。
2. 激光晶体
激光晶体是激光的工作物质, 经泵浦之后能发出激光, 所以叫做激光晶体。1960 年, 美国科学家Maiman 以红宝石晶体作为工作物质, 成功地研制出世界上第一台激光器, 取得了举世瞩目的重大科学
成就。目前,人们已研制出数百种激光晶体。其中,最常用的有红宝石(Cr :Al 2O3) 、钛宝石( Ti :Al2O3) 、掺钕钆铝石榴石(Nd : Y3Al 5O12) 、掺镝氟化钙(Dy : CaF2) 、掺钕钒酸钇(Nd : YVO4) 、四硼酸铝钕(NdAl 3(BO3) 4) 等晶体。
近年来, 由于新的激光晶体的不断出现以及非线性倍频、差频、参量振荡等技术的发展, 利用激光
晶体得到的激光已涉及紫外、可见光到红外谱区,并被成功地应用于军事技术、宇宙探索、医学、化学
等众多领域。例如,在各种材料的加工上,晶体产生的激光大显身手, 特别是对于超硬材料的加工, 它具有无可比拟的优越性。比如, 同样是在金刚石上打一个孔, 用传统方法需要两小时以上的时间, 而用晶体产生的激光,连0. 1 秒的时间都不用。此外,用激光进行焊接, 可以高密度地把很多电子元件组装在一起, 并能够大大提高电路的工作可靠性, 从而大幅度地减小电子设备的体积。激光晶体还可以制成激光测距仪和激光高度计, 进行高精度的测量。令人兴奋的是, 法国天文台利用具有红宝石晶体的装置, 首次实现了对同一颗人造卫星的跟踪观察实验,精确地测定了这颗卫星到地面的距离。在医学上,激光晶体更是得到了巧妙的应用。它发出的激光通过可以自由弯曲的光导管进行传送, 在出口端装有透镜和外科医生用的手柄。经过透镜, 激光被聚焦成直径仅有几埃的微小斑点, 变成一把无形却又十分灵巧的手术刀, 不但能够彻底
杀菌, 而且可以快速地切断组织, 甚至可以切断一个细胞。对于极其精细的眼科手术, 掺铒的激光晶体是最合适不过的了。这种晶体可以产生近3μm波长的激光, 由于水对该激光的强烈吸收, 导致它进入生物组织后, 只有几微米短的穿透深度, 因此, 这种激光是十分安全的, 不会使患者产生任何痛苦。由于用这种激光可以快速而精确地进行切割, 手术时间极短, 因而避免了眼球的不自觉运动对手术的干扰,保证了手术的顺利进行。此外, 激光电视、激光彩色立体电影、激光摄影、激光计算机等都将是激动人心的激光晶体的新用途。
3. 非线性光学晶体
光通过晶体进行传播时, 会引起晶体的电极化。当光强不太大时, 晶体的电极化强度与光频电场之间呈线性关系, 其非线性关系可以被忽略但是, 当光强很大时, 如激光通过晶体进行传播时, 电极化强度与光频电场之间的非线性关系变得十分显著而不能忽略, 这种与光强有关的光学效应称为非线性光学效应, 具有这种效应的晶体就称为非线性光学晶体。
非线性光学晶体与激光紧密相连, 是实现激光的频率转换、调制、偏转和Q开关等技术的关键材料。当前,直接利用激光晶体获得的激光波段有限, 从紫外到红外谱区, 尚有激光空白波段。而利用非线性光学晶体, 可将激光晶体直接输出的激光转换成新波段的激光, 从而开辟新的激光光源, 拓展激光晶体的应用范围。常用的非线性光学晶体有碘酸锂(α - Li IO3) 、铌酸钡钠(Ba2NaNb5O15) 、磷酸二氘钾（KD2PO4) 、偏硼酸钡(β- BaB2O4) 、三硼酸锂(LiB3O5)等。其中,偏硼酸钡和三硼酸锂晶体是我国于20 世纪80 年代首先研制成功的, 具有非线性光学系数大、激光损伤阈值高的突出优点, 是优秀的激光频
率转换晶体材料,在国际上引起了很大的反响。另一种著名的晶体是磷酸钛氧钾晶体( KTiOPO4) ,它是迄今为止综合性能最优异的非线性光学晶体, 被公认为1. 064μm和1. 32μm激光倍频的首选材料, 它可以把1. 064μm的红外激光转换成0. 53μm的绿色激光。由于绿光不仅能够用于医疗、激光测距, 还能够进行水下摄影和水中通信等, 因此,磷酸钛氧钾晶体得到了广泛的应用。
4. 压电晶体
当晶体受到外力作用时, 晶体会发生极化, 并形成表面电荷, 这种现象称为正压电效应反之, 当晶体受到外加电场作用时, 晶体会产生形变, 这种现象称为逆压电效应。具有压电效应的晶体则称为压电晶体,它只存在于没有对称中心的晶类中。最早发现的压电晶体是水晶(α- SiO2) 。它具有频率稳定的特性, 是一种理想的压电材料, 可用来制造谐振器、滤波器、换能器、光偏转器、声表面波器件及各种热敏、气敏、光敏和化学敏器件等。它还被广泛地应用于人们的日常生活中, 如石英表、电子钟、彩色电视机、立体声收音机及录音机等。
近年来, 人们又研制出许多新的压电晶体, 如钙钛矿型结构的铌酸锂(LiNbO3) 、钽酸钾( KTaO3)
等,钨青铜型结构的铌酸钡钠(Ba2NaNb5O15) 、铌酸钾锂( K1 - xLiNbO3) 等以及层状结构的锗酸铋(Bi 12GeO20) 等。利用这些晶体的压电效应,可制成各种器件, 广泛地用于军事上和民用工业, 如血压计、呼吸心音测定器、压电键盘、延迟线、振荡器、放大器、压电泵、超声换能器、压电变压器等。
5. 闪烁晶体
这种晶体在X射线激发下会产生荧光, 形成闪烁现象。最早得到应用的闪烁晶体是掺铊碘化钠（Tl :NaI) 晶体。该晶体的发光波长在可见光区,闪烁效率高, 又易于生长大尺寸单晶, 在核科学和核工
业上得到广泛的应用。20 世纪80 年代初, 中科院上海硅酸盐研究所采用坩埚下降法成功地生长了大尺寸锗酸铋(Bi 4Ge 3O12) 单晶。由于这种晶体阻挡高能射线能力强、分辨率高, 因而特别适合于高能粒子和高能射线的探测, 在基本粒子、空间物理和高能物理等研究领域有广泛的应用, 并已十分成功地用于欧洲核子研究中心L3 正负电子对撞机的电磁量能器上。此后, BaF2 晶体成为又一新型闪烁材料。除了在高能物理中应用之外, 该晶体在低能物理方面已用于正电子湮没谱仪, 使谱仪的分辨率和计数效率
均得到很大的提高。此外, 它还可用于检查隐藏的爆炸物、石油探测、放射性矿物探测、正电子发射层
析照相(简称PET) 等方面,具有良好的应用前景。
6. 声光晶体
当光波和声波同时射到晶体上时, 声波和光波之间将会产生相互作用, 从而可用于控制光束, 如使光束发生偏转、使光强和频率发生变化等, 这种晶体称为声光晶体, 如钼酸铅( PbMoO4) 、二氧化碲（TeO2) 、硫代砷酸砣( Tl 3AsS4) 等。利用这些晶体,人们可制成各种声光器件, 如声光偏转器、声光调Q 开关、声表面波器件等, 从而把这些晶体广泛地用于激光雷达、电视及大屏幕显示器的扫描、光子计
算机的光存储器及激光通信等方面。
7. 光折变晶体
光折变晶体是众多晶体中最奇妙的一种晶体。当外界微弱的激光照到这种晶体上时, 晶体中的载流子被激发, 在晶体中迁移并重新被捕获, 使得晶体内部产生空间电荷场, 然后, 通过电光效应,空间电荷场改变晶体中折射率的空间分布, 形成折射率光栅,从而产生光析变效应。光折变效应的特点是, 在弱光作用下就可表现出明显的效应。例如,在自泵浦相位共轭实验中,一束毫瓦级的激光与光折变晶体作用就可以产生相 位共轭波, 使畸变得无法辨认的图像清晰如初。由于折射率光栅在空间上是非局域的, 它在波矢方向相对于干涉条纹有一定的空间相移, 因而能使光束之间实现能量转换。如两波耦合实验中, 当一束弱信号光和一束强光在光折变晶体中相互作用时, 弱信号光可以增强1 000 倍。此外, 凭借着光折变效应, 光折变晶体还具有以下特殊的性能: 可以在3cm3 的体积中存储5 000幅不同的图像, 并可以迅速显示其中任意一幅可以精密地探测出小得只有10 - 7米的距离改变可以滤去静止不变的图像, 专门跟踪刚发生的图像改变甚至还可以模拟人脑的联想思维能力。因此,这种晶体一经发现,便引起了人们的极大兴趣。
目前, 有应用价值的光折变晶体有钛酸钡(BaTiO3) 、铌酸钾( KNbO3) 、铌酸锂(LiNbO3) 、铌酸锶
钡(Sr1 - xBaxNb2O6) 系列、硅酸铋(Bi 12SiO20) 等晶体。其中,掺铈钛酸钡(Ce :BaTiO3) 是由中国科学院物理研究所于90 年代在国际上首次研制成功的。它的优异性能, 使光折变晶体在理论研究和实用化方面取得突破性进展。当前, 光折变晶体已发展成一种新颖的功能晶体, 在光的图像和信息处理、相位共轭、全息存储、光通讯和光计算机神经网络等方面展示着良好的应用前景。
三、晶体研究的发展趋势
随着人们对晶体认识的不断深入, 晶体研究的方向也逐步地发生着变化, 其总的发展趋势是: 从晶态转向非晶态从体单晶转向薄膜晶体从通常的晶格转向超晶格从单一功能转向多功能从体性质转向表面性质从无机扩展到有机,等等。此外, 鉴于充分认识到晶体结构—性能关系的重要性, 人们已经开始利用分子设计来探索各种新型晶体。而且, 随着光子晶体和纳米晶体的出现和发展, 人类对晶体的认识更是有了新的飞跃。可以相信, 在不久的将来, 晶体的品种将会更多、性能将会更优异、应用范围也将会越来越广。
总之,晶体不仅是美丽的,而且也是有用的。它蕴涵着丰富的内容, 是人类宝贵的财富。但迄今为
止, 人们对它的认识犹如冰山之一角, 还有许多未知领域等待着我们去探索。
(王皖燕 中国科学院物理研究所,博士北京100080)
参考资料：（王皖燕 中国科学院物理研究所,博士北京100080)
化学知识网络化学基本概念和基本理论
元素与化合物
有机化学基础
化学计算
化学实验
化学工业知识
化学基本概念和基本理论
物质的分类
组成原子的粒子间的关系
核电荷数（Z）=核内质子数=核外电子数
质量数（A）=质子数（Z）＋中子数（N）
元素周期律与周期表
化学键与分子结构
晶体类型与性质
晶体类型
性质比较 离子晶体 分子晶体 原子晶体 金属晶体
结构 组成粒子 阴、阳离子 分子 原子 金属阳离子和自由电子
粒子间作用 离子键 范德瓦耳斯力 共价键 金属键
物理
性质 熔沸点 较高 低 很高 有高有低
硬度 硬而脆 小 大 有大有小、有延展性
溶解性 易溶于极性溶剂，难溶于非极性溶剂 极性分子
易溶于极性溶剂 不溶于任何溶剂 难溶（钠等与水反应）
导电性 晶体不导电；
能溶于水的其水溶液导电；熔化导电 晶体不导电，溶于水后能电离的，其水溶液可导电；熔化不导电 不良（半导体Si） 良导体（导电传热）
典型实例 NaCl、NaOH
Na2O、CaCO3 干冰、白磷
冰、硫磺 金刚石、SiO2
晶体硅、SiC Na、Mg、Al
Fe、Cu、Zn
化学反应类型
离子反应
氧化还原反应的有关概念的相互关系
溶液与胶体
化学反应速率
弱电解质的电离平衡
盐类的水解
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元素与化合物
钠及其化合物
碱金属
氯及其化合物
卤素
氧族元素
硫的重要化合物
碳及其化合物
硅及其化合物
材料
氮族元素
氮和磷
氨
硝酸
镁和铝
铁及其化合物
铜及其化合物
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有机化学基础
烃
不饱和链烃
芳香烃
分类 通式 结构特点 化学性质 物理性质 同分异构
烷烃 CnH2n+2
(n≥1) ①C-C单键
②链烃 ①与卤素取代反应(光照)
②燃烧
③裂化反应 一般随分子中碳原子数的增多，沸点升高，液态时密度增大。气态碳原子数为1～4。不溶于水，液态烃密度比水的小
碳链异构
烯烃 CnH2n
(n≥2) ①含一个C C键
②链烃 ①与卤素、H：、H2O等发生加成反应
②加聚反应
③氧化反应：燃烧，被KMnO4酸性溶液氧化 碳链异构
位置异构
炔烃 CnH2n-2
(n≥2) ①含一个C C键
②链烃 ①加成反应
②氧化反应：燃烧，被KMnO4酸性溶液氧化 碳链异构
位置异构
苯
及
其
同
系
物 CnH2n-6
(n≥6) ①含一个苯环
②侧链为烷烃基 ①取代反应：卤代、硝化、磺化
②加成反应
③氧化反应：燃烧，苯的同系物能被KMnO4酸性溶液氧化 简单的同系物常温下为液态；不溶于水，密度比水的小 侧链大小及相对位置产生的异构
烃的衍生物
烃的衍生物结构、通式、化学性质鉴别
类别 官能团 结构特点 通式 化学性质
卤
代
烃 -X（卤素原子） C-X键在一定条件下断裂 CnH2n+1O2
（饱和一元） (1)NaOH水溶液加热,取代反应
(2)NaOH醇溶液加热,消去反应
醇 -OH（羟基） (1)—OH与烃基直接相连
(2)—OH上氢原子活泼 CnH2n+2O2
（饱和一元） (1)取代：脱水成醚,醇钠,醇与羧酸成酯,卤化成卤代烃
(2)氧化成醛(—CH2OH)
(3)消去成烯
醛 (1)醛基上有碳氧双键
(2)醛基只能连在烃基链端 CnH2nO2
（饱和一元） (1)加成：加H2成醇
(2)氧化：成羧酸
羧 (1)—COOH可电离出H+
(2)—COOH难加成 CnH2nO
（饱和一元） (1)酸性：具有酸的通性
(2)酯化：可看作取代
酯, 必须是烃基 CnH2nO2
（饱和一元） 水解成醇和羧酸
酚 (1)羟基与苯环直接相连
(2)—OH上的H比醇活泼
(3)苯环上的H比苯活泼 (1)易取代：与溴水生成2,4,6-三溴苯酚
(2)显酸性
(3)显色：遇Fe3+变紫色
代表物质转化关系
糖类
类别 葡萄糖 蔗糖 淀粉 纤维素
分子式 （C6H12O6） （C12H22O11） （C6H10O5） （C6H10O5）
结构特点 多羟基醛 分子中无醛基，非还原性糖 由几百到几千个葡萄糖单元构成的天然高分子化合物 由几千个葡萄糖单元构成的天然高分子化合物
主要性质 白色晶体，溶于水有甜味。既有氧化性，又有还原性，还可发生酯化反应，并能发酵生成乙 无色晶体，溶于水有甜味。无还原性，能水解生成葡萄糖和果糖 白色粉末，不溶于冷水，部分溶于热水。能水解最终生成葡萄糖；遇淀粉变蓝色；无还原性 无色无味固体.不溶于水及有机溶剂。能水解生成葡萄糖.能发生酯化反应，无还原性
重要用途 营养物质、制糖果、作还原剂 食品 食品、制葡萄糖、乙醇 造纸、制炸药、人造纤维
油脂
通式 物理性质 化学性质
密度比水小，不溶于水，易溶于汽油、乙醚、苯等多种有机溶剂中。 1.水解：
酸性条件
碱性条件——皂化反应
2.氢化（硬化）
蛋白质和氨基酸
类别 氨基酸 蛋白质
结构特点 分子中既有酸性基(羧基)又有碱性基(氨基)，是两性物质 由不同的氨基酸相互结合而形成的高分子化合物。分子中有羧基和氨基，也是两性物质
主要性质 ①既能和酸反应，又能和碱反应
②分子间能相互结合而形成高分子化合物 ①具有两性
②在酸或碱或酶作用下水解，最终得多种。—氨基酸
③盐析
④变性
⑤有些蛋白质遇浓HNO3呈黄色
⑥燃烧产生烧焦羽毛的气味
⑦蛋白质溶液为胶体
合成材料（有机高分子化合物）
基本概念
基本概念 单体 结构单元（链节） 聚合度 高聚物
含义 能合成高分子化合物的小分子，一般是不饱和的或含有两个或更多官能团的小分子 高聚物分子中具有代表性的、重复出现的最小部分 每个高分子里链节的重复次数 由单体聚合而成的相对分子质量较大的化合物，相对分子质量高达数千至数万以上
实例（以聚乙烯为例） CH2=CH2 —CH2—CH2— n
结构与性质
线型高分子 体型（网状）高分子
结构 分子中的原子以共价键相互联结成一条很长的卷曲状态的“链” 分子链与分子链之间还有许多共价键交联起来，形成三度空间的网状结构
溶解性 能缓慢溶解于适当溶剂 很难溶解，但往往有一定程度的胀大
性能 具热塑性，无固定熔点 具热固性，受热不熔化
特性 强度大、可拉丝、吹薄膜、绝缘性好 强度大、绝缘性好，有可塑性
化学计算
物质的量及气体摩尔体积的计算
(1)n= n= n=
n= (标准状况) n=c•V n=
(2)M= m=M•n
V= Vm=
cB= c1V1=c2V2 (浓溶液稀释)
相对原子质量、相对分子质量及确定化学式的计算
物质溶解度、溶液浓度的计算
化学实验
化学实验基本 *** 作
常见气体及其他物质的实验室制备
气体发生装置
固体+固体•加热 固体+液体•不加热 固(或液)体+液体•加热
图4-1
图4-2
图4-3
常见气体的制备
制取气体 反应原理(反应条件、化学方程式) 装置类型 收集方法 注意事项
O2 2KClO3 2KCl+3O2↑或
2KMnO4 K2MnO4+MnO2+O2↑ 固体
+
固体
•
加热 排水法 ①检查装置气密性。
②装固体的试管口要略向下倾斜。
③先均匀加热，后固定在放药品处加热。
④用排水法收集，停止加热前，应先把导气管撤离水面，才能熄灭酒精灯
NH3 2NH4Cl+Ca(OH)2 CaCl2
+2NH3↑+2H2O 向下
排气法
Cl2 MnO2+4HCl(浓) MnCl2+Cl2↑
+2H2O 固 液
体 体
+ +
液 液
体 体
•
加
热 向上
排气法 ①同上①、③、④条内容。②液体与液体加热，反应器内应添加碎瓷片以防暴沸。
③氯气有毒，尾气要用碱液吸收。
④制取乙烯温度应控制在170℃左右
NO 3Cu+8HNO3(稀) 3Cu(NO3)2
+2NO↑+4H2O 排水法
C2H4 CH3CH2OH CH2==CH2↑
+H2O
H2 Zn+H2SO4(稀)==ZnSO4+H2↑ 固体
+
液体
•
不
加
热 ①检查装置气密性。
②使用长颈漏斗时，要把漏斗颈插入液面以下。
③使用启普发生器时，反应物固体应是块状，且不溶于水(H2、CO2、H2S可用)。
④制取乙炔要用分液漏斗，以控制反应速率。
⑤H2S剧毒，应在通风橱中制备，或用碱液吸收尾气。不可用浓H2SO4
向下排
气法或
排水法
C2H2 CaC2+2H2O→Ca(OH)2+CH≡CH↑
CO2 CaCO3+2HCl==CaCl2+CO2↑+H2O
向上
排气法
NO2 Cu+4HNO3(浓)==Cu(NO3)2+
2NO2↑+2H2O
H2S FeS+H2SO4(稀)==FeSO4+H2S↑
气体的干燥
干燥是用适宜的干燥剂和装置除去气体中混有的少量水分。常用装置有干燥管(内装固体干燥剂)、洗气瓶(内装液体干燥剂)。
所选用的干燥剂不能与所要保留的气体发生反应。常用干燥剂及可被干燥的气体如下：
(1)浓硫酸(酸性干燥剂)：N2、O2、H2、Cl2、CO、CO2、SO2、HCl、NO、NO2、CH4、C2H4、C2H2等(不可干燥还原性或碱性气体)。
(2)P2O5(酸性干燥剂)：可干燥H2S、HBr、HI及浓硫酸能干燥的气体(不可干燥NH3等)。
(3)无水CaCl2(中性干燥剂)：可干燥除NH3以外的其他气体(NH3能与CaCl2反应生成络合物CaCl2•8NH3)。
(4)碱石灰(碱性干燥剂)：可干燥NH3及中性气体(N2、O2、H2、CO、NO、CH4、C2H4、C2H2等)。不能干燥酸性气体。
(5)硅胶(酸性干燥剂)：可干燥Cl2、O2、H2、CO2、CH4、C2H4、C2H2(硅胶能吸附水，也易吸附其他极性分子，只能干燥非极性分子气体)。
(6)其他：如生石灰、NaOH也可用于干燥NH3及中性气体(不可干燥有酸性或能与之作用的气体)。
物质的分离提纯
物理分离提纯法
方法 适用范围 主要仪器 举例 注意事项
过滤 固体与液体分离 漏斗、烧杯、玻璃棒、铁架台(带铁圈)、滤纸 粗盐提纯时，把粗盐溶于水，经过过滤，把不溶于水的固体杂质除去 ①要“一贴二低三靠”
②必要时要洗涤沉淀物(在过滤器中进行)
③定量实验的过滤要“无损”
结晶
重结晶 混合物中各组分在溶剂中的溶解度随温度变化不同 烧杯及过滤仪器 硝酸钾溶解度随温度变化大，氯化钠溶解度随温度变化小，可用该法从氯化钠和硝酸钾的混合物中提纯硝酸钾 ①一般先配较高温度的饱和溶液，然后降温结晶
②结晶后过滤，分离出晶体
升华 混合物中某一成分在一定温度下可直接变为气体，再冷却成固体 酒精灯、大烧杯、圆底烧瓶、铁架台(带铁圈)、石棉网 粗碘中碘与钾、钠、钙、镁的碘化物混杂，利用碘易升华的特性，可将碘与杂质分离 (升华物质的集取方法不作要求)
蒸发 分离溶于溶剂中的溶质 蒸发皿、三角架、酒精灯、玻璃棒 从食盐水溶液中提取食盐晶体 ①溶质须不易分解、不易水解、不易被氧气氧化
②蒸发过程应不断搅拌
③近干时停止加热，余热蒸干
蒸馏
分馏 利用沸点不同以分离互溶液体混合物 蒸馏烧瓶、冷凝管、酒精灯、锥形瓶、牛角管、温度计、铁架台(带铁圈、铁夹)、石棉网等 制取蒸馏水，除去水中杂质。除酒精中水(加生石灰)，乙醇和乙酸(先加NaOH蒸馏，后加浓H2SO4蒸馏)；石油分馏 ①温度计水银球在蒸馏烧瓶支管口处
②加沸石(碎瓷片)
③注意冷凝管水流方向应下进上出
④不可蒸干
分液 两种互不相溶的液体的分离 分液漏斗(有圆筒形、圆球形、圆锥形) 除溴乙烷中乙醇(先水洗)，水、苯的分离，除乙酸乙酯中乙酸(加饱和Na2CO3洗) 上层液体从上口倒出，下层液体从下口放出
萃取 利用溶质在两种互不相溶的溶剂中的溶解度不同，用一种溶剂把溶质从它与另一种溶剂所组成的溶液里提取出来 可在烧杯、试管等中进行，一般在分液漏斗中(为便于萃取后分液) CCl4把溶于水里的Br2萃取出来 ①萃取后要再进行分液
②对萃取剂的要求：与原溶剂互不混溶、不反应；溶质在其中的溶解度比在原溶剂中大；溶质不与萃取剂反应；两溶剂密度差别大
③萃取后得到的仍是溶液，一般再通过分馏等方法进一步分离
渗析 用半透膜使离子或小分子从胶体中分离出来(提纯胶体) 半透膜、烧杯等 除去Fe(OH)3胶体中的HCl 要不断更换烧杯中的水或改用流水，以提高渗析效果
溶解 杂质与被提纯的物质在溶解性上有明显差异的混合物 分液装置或洗气装置或过滤装置 溴乙烷中的乙醇；Cl2中的HCl；CaCO3中的NaCl ①固体先研细
②搅拌或振荡
③易溶气体溶解要防倒吸
④必要吋加热
⑤注意后续 *** 作
盐析 利用某些物质在加某些无机盐时，其溶解度降低而凝聚的性质来分离物质 烧杯、玻璃棒以及过滤仪器 从皂化液中分离肥皂、甘油；蛋白质的盐析 ①注意无机盐的选用
②少量盐能促进蛋白质的溶解，重金属盐使蛋白质变性
③盐析后过滤
化学分离提纯
化学法要同时考虑到各组成成分及杂质的化学性质和特点，利用它们之间的差别加以分离提纯。一般原则是：①引入试剂一般只跟杂质反应；②后续试剂应能除去过量的前一试剂；③不引进新杂质；④杂质与试剂生成的物质易与被提纯物分离(状态类型不同)；⑤过程简单，现象明显，纯度要高；⑥尽可能将杂质转化为所需物质；⑦除去多种杂质时应考虑加入试剂的合理顺序；⑧如遇到极易溶解于水的气体时，应防止倒吸现象发生。在进行化学分离提纯时，进行完必要的化学处理后，要适时实施某些物理法 *** 作(如过滤、分液等)。
试剂的选择或采取的措施是最为关键的，它要根据除杂的一般原则，分析杂质的状态类型来确定。①原物质和杂质均为气体时，一般不选用气体作为除杂的试剂，而选用固体或液体试剂；②原物质和杂质均为可溶于水的固体(或溶液)时，杂质的除去，要根据原物质与杂质中阴阳离子的异同，选择适当试剂，把杂质中与原物质不相同的阳离子或阴离子转变成沉淀、气体、水或原物质。试剂一般选用可溶于水的固体物质或溶液，也可选用气体或不溶于水的物质；③原物质和杂质至少有一种不溶物时，杂质的除去一般不选用固体试剂，而是选用气体或液体试剂，也可采用直接加热、灼烧等方法除去杂质。
(1)加热分解法：如NaCl中混有少量NH4HCO3，加热使NH4HCO3分解。
(2)氧化还原法：利用氧化还原反应将杂质或氧化或还原，转化为易分离物质。如除去苯中的少量甲苯，就可利用甲苯与酸性高锰酸钾反应，生成苯甲酸，再加碱生成水溶性苯甲酸钠，从而与苯分离；又如，除去CO2中的少量O2，可将气体通过热的铜网。
(3)沉淀法：将杂质转变为沉淀除去的方法。如除去CO2中的H2S气体，可将混合气体通入到CuSO4溶液中，除去H2S气体。
(4)汽化法：将杂质转变为气体使之除去的方法。如除去NaCl固体中的Na2CO3固体，可加入HCl将其中的 转变为CO2气体。
(5)酸、碱法：利用杂质和酸或碱的反应，将不溶物转变成可溶物；将气体杂质也可转入酸、碱中吸收来进行提纯。如除去CuS中的FeS就可采用加入盐酸，使之充分溶解，利用FeS和盐酸反应而不与CuS反应的特点来使两者分离。
(6)络合法：有些物质可将其转化为络合物达到分离目的。如BaSO4中的AgCl可通过加入浓氨水，使AgCl转化为可溶的[Ag(NH3)2]Cl除去。
(7)转化法：利用某些化学反应原理，将杂质转化为所需物质，如NaHCO3溶液中含Na2CO3可通足量CO2转化，CaO中含CaCO3，可加热使之转化等。有机物的分离一般不用此法，如除去乙酸乙酯中混有的乙酸，如果采用加入乙醇及催化剂(稀硫酸)并加热的方法，试图将乙酸转化为乙酸乙酯，这是适得其反的。其一是加入的试剂难以除去；其二是有机反应缓慢、复杂，副反应多，该反应又是可逆反应，不可能反应到底将乙酸除尽。
(8)水解法：当溶液中的杂质存在水解平衡，而用其他方法难以除之，可用加入合适试剂以破坏水解平衡，使杂质转化为沉淀或气体而除去。如：MgCl2中的FeCl3，可用加MgO、Mg(OH)2、MgCO3等，降低H+浓度，促进Fe3+水解为Fe(OH)3↓，而不能加NaOH和NH3•H2O等。
(9)其他：如AlCl3溶液中混有的FeCl3，可利用Al(OH)3的两性，先加过量氢氧化钠溶液，过滤，在滤液中通足量CO2，再过滤，在滤渣[Al(OH)3]中加盐酸使其溶解。此外还有电解法精炼铜；离子交换法软化硬水等。
多数物质的分离提纯采用物理——化学综合法。
物质的检验
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