单晶和多晶有图片区别吗

很多取向不同而机遇的单晶颗粒可以拼凑成多晶体. 也就是说多晶体是由单晶体组成的。所谓单晶(monocrystal, monocrystalline, single crystal)，即结晶体内部的微粒在三维空间呈有规律地、周期性地排列，或者说晶体的整体在三维方向上由同一空间格子构成，整个晶体中质点在空间的排列为长程有序。单晶整个晶格是连续的，具有重要的工业应用。由于熵效应导致了固体微观结构的不理想，例如杂质，不均匀应变和晶体缺陷，有一定大小的理想单晶在自然界中是极为罕见的，而且也很难在实验室中生产。另一方面，在自然界中，不理想的单晶可以非常巨大，例如已知一些矿物，如绿宝石，石膏，长石形成的晶体可达数米。晶体简介晶体概念自然界中物质的存在状态有三种：气态、液态、固态固体又可分为两种存在形式：晶体和非晶体晶体是经过结晶过程而形成的具有规则的几何外形的固体；晶体中原子或分子在空间按一定规律周期性重复的排列。性质均 匀 性： 晶体内部各个部分的宏观性质是相同的。 各向异性： 晶体中不同的方向上具有不同的物理性质。固定熔点： 晶体具有周期性结构，熔化时，各部分需要同样的温度。规则外形： 理想环境中生长的晶体应为凸多边形。对 称 性： 晶体的理想外形和晶体内部结构都具有特定的对称性。分类对晶体的研究，固体物理学家从成健角度分为离子晶体原子晶体分子晶体金属晶体显微学则从空间几何上来分，有七大晶系，十四种布拉菲点阵，230种空间群，用拓扑学，群论知识去研究理解。可参考《晶体学中的对称群》一书 （郭可信，王仁卉著）。晶粒晶粒是另外一个概念，首先提出这个概念的是凝固理论。从液态转变为固态的过程首先要成核，然后生长，这个过程叫晶粒的成核长大。晶粒内分子、原子都是有规则地排列的，所以一个晶粒就是单晶。多个晶粒，每个晶粒的大小和形状不同，而且取向也是凌乱的，没有明显的外形，也不表现各向异性，是多晶。英文晶粒用Grain表示，注意与Particle是有区别的。有了晶粒，那么晶粒大小（晶粒度），均匀程度，各个晶粒的取向关系都是很重要的组织（组织简单说就是指固体微观形貌特征）参数。对于大多数的金属材料，晶粒越细，材料性能（力学性能）越好，好比面团，颗粒粗的面团肯定不好成型，容易断裂。所以很多冶金学家材料科学家一直在开发晶粒细化技术。科学总是喜欢极端，看得越远的镜子叫望远镜；看得越细的镜子叫显微镜。晶粒度也是这样的，很小的晶粒度我们喜欢，很大的我们也喜欢。最初，显微镜倍数还不是很高的时候，能看到微米级的时候，觉得晶粒小的微米数量是非常小的了，而且这个时候材料的力学性能特别好。人们习惯把这种小尺度晶粒叫微晶。然而科学总是发展的，有一天人们发现如果晶粒度再小呢，材料性能变得不可思议了，什么量子效应，隧道效应，超延展性等等很多小尺寸效应都出来了，这就是现在很热的，热得不得了的纳米，晶粒度在1nm-100nm之间的晶粒我们叫纳米晶。准晶准晶体的发现，是20世纪80年代晶体学研究中的一次突破。这是我们做电镜的人的功劳。1984年底，D.Shechtman等人宣布，他们在急冷凝固的Al Mn合金中发现了具有五重旋转对称但并无平移周期性的合金相，在晶体学及相关的学术界引起了很大的震动。不久，这种无平移同期性但有位置序的晶体就被称为准晶体。后来，郭先生一看，哇，我们这里有很多这种东西啊，抓紧分析，马上写文章，那段金属固体原子像的APL,PRL多的不得了，基本上是这方面的内容。准晶因此也被D.Shechtman称为“中国像”。一般晶体不会有五次对称，只有1，2，3，4，6次旋转对称。所以看到衍射斑点是五次对称的，10对称的啊，其他什么的，可能就是准晶。孪晶英文叫twinning，孪晶其实是金属塑性变形里的一个重要概念。孪生与滑移是两种基本的形变机制。从微观上看，晶体原子排列沿某一特定面镜像对称。那个面叫孪晶面。很多教科书有介绍。一般面心立方结构的金属材料，滑移系多，易发生滑移，但是特定条件下也有孪生。加上面心立方结构层错能高，不容易出现孪晶，曾经一段能够在面心立方里发现孪晶也可以发很好的文章。前两年，马恩就因为在铝里面发现了孪晶，在科学杂志上发了篇论文。卢柯去年也因为在纳米铜里做出了很多孪晶，既提高了铜的强度，又保持了铜良好导电性（通常这是一对矛盾），也在科学杂志上发了篇论文。单晶制备方法单晶生长制备方法大致可以分为气相生长、溶液生长、水热生长、熔盐法、熔体法。最常见的技术有提拉法、坩埚下降法、区熔法、定向凝固法等；目前除了众多的实际工程应用方法外，借助于计算机和数值计算方法的发展，也诞生了不同的晶体生长数值模拟方法。特别是生产前期的分析和优化大直径单晶时[1] ，数值计算尤为重要。一、挥发法原理：依靠溶液的不断挥发，使溶液由不饱和达到饱和过饱和状态[2] 。条件：固体能溶解于较易挥发的有机溶剂理论上，所有溶剂都可以，但一般选择60～120℃[2] 。注意：不同溶剂可能培养出的单晶结构不同方法：将固体溶解于所选有机溶剂，有时可采用加热的办法使固体完全溶解，冷却至室温或者再加溶剂使之不饱和，过滤，封口，静置培养[2] 。二、扩散法原理：利用二种完全互溶的沸点相差较大的有机溶剂。固体易溶于高沸点的溶剂，难溶或不溶于低沸点溶剂。在密封容器中，使低沸点溶剂挥发进入高沸点溶剂中，降低固体的溶解度，从而析出晶核，生长成单晶。液体等。一般选难挥发的溶剂，如DMF,DMSO,甘油甚至离子[2] 。条件：固体在难挥发的溶剂中溶解度较大或者很大，在易挥发溶剂中不溶或难溶。经验：固体在难挥发溶剂中溶解度越大越好。培养时，固体在高沸点溶剂中必须达到饱和或接近过饱和[2] 。方法：将固体加热溶解于高沸点溶剂，接近饱和，放置于密封容器中，密封容器中放入易挥发溶剂，密封好，静置培养[2] 。三、温差法原理：利用固体在某一有机溶剂中的溶解度，随温度的变化，有很大的变化，使其在高温下达到饱和或接近饱和，然后缓慢冷却，析出晶核，生长成单晶。一般，水，DMF,DMSO,尤其是离子液体适用此方法。条件：溶解度随温度变化比较大。经验：高温中溶解度越大越好，完全溶解。推广：建议大家考虑使用离子液体做溶剂，尤其是对多核或者难溶性的配合物[2] 。四、接触法原理：如果配合物极易由二种或二种以上的物种合成，选择性高且所形成的配合物很难找到溶剂溶解，则可使原料缓慢接触，在接触处形成晶核，再长大形成单晶。一般无机合成，快反应使用此方法[2] 。方法：1.用U形管，可采用琼脂降低离子扩散速度。2.用直管，可做成两头粗中间细。3.用缓慢滴加法或稀释溶液法（对反应不很快的体系可采用）4.缓慢升温度（对温度有要求的体系适用）经验：原料的浓度尽可能的降低，可以人为的设定浓度或比例。0.1g～0.5g的溶质量即可[2] 。五、高压釜法原理：利用水热或溶剂热，在高温高压下，是体系经过一个析出晶核，生长成单晶的过程，因高温高压条件下，可发生许多不可预料的反应。方法：将原料按组合比例放入高压釜中，选择好溶剂，利用溶剂的沸点选择体系的温度，高压釜密封好后放入烘箱中，调好温度，反应1～4小时均可。然后，关闭烘箱，冷至室温，打开反应釜，观察情况按如下过程处理：1.没有反应——重新组合比例，调节条件，包括换溶剂，调pH值，加入新组分等。2.反应但全是粉末，且粉末什么都不溶解，首先从粉末中挑选单晶或晶体，若不成，A：改变条件，换配体或加入新的盐，如季铵盐，羧酸盐等；B:破坏性实验，设法使其反应变成新物质。3.部分固体，部分在溶液中:首先通过颜色或条件变化推断两部分的大致组分，是否相同组成，固体挑单晶，溶液挥发培养单晶，若组成不同固体按1或2的方法处理。4.全部为溶液——旋蒸得到固体，将固体提纯,将主要组成纯化，再根据特点接上述四种单晶培养方法培养单晶[2] 。单晶和多晶区别 单晶硅和多晶硅的区别是，当熔融的单质硅凝固时,硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核，如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒，则形成单晶硅。如果这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则形成多晶硅。多晶硅与单晶硅的差异主要表现在物理性质方面。例如在力学性质、电学性质等方面，多晶硅均不如单晶硅。多晶硅可作为拉制单晶硅的原料。单晶硅可算得上是世界上最纯净的物质了，一般的半导体器件要求硅的纯度六个9以上。大规模集成电路的要求更高，硅的纯度必须达到九个9。目前，人们已经能制造出纯度为十二个9的单晶硅。单晶硅是电子计算机、自动控制系统等现代科学技术中不可缺少的基本材料[3] 。多晶硅的生产工艺主要由高纯石英（经高温焦碳还原）→工业硅（酸洗）→硅粉（加HCL）→SiHCL3（经过粗馏精馏）→高纯SiHCL3（和H2反应CVD工艺）→高纯多晶硅[3] 。市场优势统计数据显示，2013年全球单晶装机约8.5-9GW，占全球光伏装机的22%-23%，相比2012年占比基本维持平稳。但是，如果不考虑中国市场主要使用多晶拉低了整体水平的因素，则单晶占比超过30%，相比2012年25%左右的水平明显提升。日本和美国是支撑去年单晶需求的两大主要市场。在日本，受益于高电价补贴政策，2013年光伏装机大幅增长，全年装机7.5GW，同比增长204%。其中，单晶装机2.48GW，同比增长130.43%。美国方面，2013年实现装机4.75GW，同比增长41.02%，单晶约占总装机量的31%。业内人士介绍，在分布式光伏发电上，使用单晶的优势十分突出。“比如建相同功率的电站，单晶使用的电池片更少，这就降低了安装、调试、配件等非组件成本。所以在非组件成本占整体电站成本比例高的地方，一般会选用单晶。比如日本，非组件成本比中国高两倍，所以电站建造过程中主要目的是降低非组件成本，而不是组件成本。”上述电站投资人表示。此外，由于分布式光伏电站都是建立在面积有限的屋顶，在单位面积上能够发出更多的电将直接决定屋顶电站的收益，因此在单位面积上效率更高的单晶电池将更具有吸引力。随着去年国家有关分布式光伏发电上网补贴价格正式落地，分布式光伏发电的发展骤然升温。今年1月，国家能源局公布今年国内光伏新增装机目标为14GW，其中分布式光伏电站为8GW、地面电站6GW，正式宣告我国分布式光伏发电应用的大规模启动。吴新雄日前在嘉兴分布式光伏会议上表示，年初已将2014年新增备案规模下达到各地区，各地方要加大执行力度，力争全年光伏发电新增并网容量达到13GW以上。与此同时，今年政府持续出台了多项政策支持分布式光伏的发展，尤其是近期国家能源局发布的《关于进一步落实分布式光伏发电有关政策的通知》，将有望带动国内分布式光伏发电的快速发展。国内光伏终端市场主要以西部地区大型地面电站为主，存在大规模开发就地消纳困难和电力长距离输送损耗较高等问题，而中、东部地区发展分布式光伏发电，易于就地消纳，且网购电价高、度电补贴需求低，应用推广的经济性更高，因此，大力推进分布式光伏发电是拓展国内光伏市场的有效途径。单晶数值模拟工程背景：1、提拉法[4] 2、定向凝固法[5] 3、区熔法[6] 涉及到的问题：1、传热、传质、湍流、热辐射等[7] ；2、准稳态、动态问题；3、存在急剧扩散、粘性、辐射、热边界层问题；4、缺陷预测等[8] ；数学模型：热流和掺杂物的输运由动量守恒、能量守恒和质量守恒方程描述。提拉法数值模拟

一、预备知识

1.矿物成因和晶体的形成方式；

2.影响晶体生长的外部因素；

3.人工合成晶体的方法、原理和工艺特点。

二、目的与要求

1.熟悉常见矿物成因及其共生矿物组合；

2.了解影响晶体生长的外部因素；

3.根据不同矿物的特点选择适合的合成方法。

三、实验内容

生长石盐、食糖、明矾、绿松石及一些玻璃制品等。通过使溶液达到过饱和时析出晶体的方式合成晶体，包括低温饱和溶液（如水和重水溶液、凝胶溶液、有机溶剂溶液等）、高温饱和溶液（熔盐）与热液等方法。

1.低温溶液生长（室温至75℃左右）：一种最古老的生长晶体的方法。在工业结晶中，海盐、食糖及各种固体化学试剂等的生产，都采用了这一技术。晶体的生长是靠自发成核或放入粉末状晶种来促进生长的，生长的晶体为高纯度、颗粒均匀的多晶体。

从低温溶液中培育单晶最显著的优点如下：

（1）晶体可以在远低于熔点温度的条件下生长，可用的加热器和培育容器易于选择；

（2）容易生成大块的均匀性好的晶体；

（3）所生长出的晶体外形完整，同时可以用肉眼观察晶体生长全过程，这对研究晶体生长形态与动力学提供了方便。

从低温溶液中培育单晶，也存在如下主要缺点：

（1）溶液的组成较多，溶液中的杂质总是不可避免的，因此影响晶体生长的因素较复杂；

（2）晶体生长速度慢，因此单晶生长的周期长；

（3）从水或重水溶液中生长出的晶体易于潮解，而且使用温度范围亦窄。

注意：

（1）从低温溶液中生长单晶的最关键因素是控制溶液的过饱和度，晶体只有在稳定的过饱和溶液中生长才能确保晶体质量。

（2）单晶生长法与生长温度区间的选择是根据结晶物质的溶解度及其温度系数来决定的。例如，若结晶物质的溶解度及其温度系数均较大时，就可采用降温法；若结晶物质的溶解度大小为一般，但其温度系数很小或为负值，则要采用恒温蒸发法；若结晶物质的溶解度很小（难溶盐），就可采用凝胶法。

降温法：是从溶液中培育单晶的一种最常用的方法。降温法的关键问题是在晶体生长的全过程中要求严格控制温度，并按照一定的程序降温，使溶液始终处于亚稳相，并维持适宜的过饱和度来促成晶体的正常生长。装置如图1示。 *** 作技术要点如下：

（1）配置适量溶液，测定溶液的饱和点与p H值；

（2）将溶液过热处理2～3小时，以便提高溶液的稳定性；

（3）预热晶种，在装槽下种时，使晶种微溶；

（4）根据溶解度曲线，按照降温程序降温，逐步使晶种恢复其几何外形，然后使晶体正常生长；

（5）当晶体生长到一定温度时，抽出溶液，再缓慢地将温度降至室温，取出晶体，放进干燥器中保存。

图1 降温法生长晶体装置示意

（据张克从，1998)

1—搅拌马达；2—温度计；3—接触温度计（控温）；4—加热器；5—育晶器；6—挚晶杆；7—晶体；8—导电表；9—温度计；10—育晶器盖；11—育晶器；12—保温层；13—炉丝；14—自控加热器

图2 蒸发法育晶装置示意

（据张克从，1998)

1—转晶电机；2—水封；3—冷凝管；4—冷凝水收集器；5～8—绝缘层外壳

蒸发法：是将溶剂不断地蒸发移出，以保持溶液处于过饱和状态，通过控制蒸发量来维持溶液的过饱和度。蒸发法生长晶体的装置与降温法近似，只不过增加了冷凝回收溶剂的部分装置，如图2示。

这种方法的技术 *** 作要点大致与降温法相同，不同之处在于：根据流出的冷凝水量（蒸发量）来观测晶体正常生长的情况，随着晶体的长大，要求取水量逐渐增多，通过调整晶体生长温度来达到这个目的。

凝胶法：以凝胶作为扩散和支持介质，晶体借助在水溶液（或有机溶剂）中的化学反应生长，装置如图3示。生长晶体的技术特点如下：

图3 凝胶法育晶装置示意

（据张克从，1998)

1—水；2—凝胶；3—晶体；4—容器；5—玻璃管；A,B两种不同的生长液

（1）凝胶的配置，凝胶的密度和稳定性对生长晶体起到关键性的作用；

（2）当A、B两种生长液同时向凝胶介质中扩散时，扩散的结果将导致复分解反应或其他类型的反应，自发成核，多核生长；

（3）晶体是在柔软而多孔的凝胶骨架中生长，有自由发育的适宜条件；

（4）晶体是在静止环境中靠扩散生长，没有对流与湍流的影响，有利于完整性好的晶体生长；

（5）晶体在室温或近室温条件下生长，温度易于控制，副反应减少，如欲生长出较大的晶体（厘米级），则必须严格控制成核；

（6）用凝胶法研究新晶体材料和培育籽晶是一种理想的简便方法；

（7）设备简单，可根据不同类型反应采用不同的设备。

例如，化学沉淀合成宝玉石法是一种经化学反应和沉淀（或沉积），进而加热加压合成非单晶质宝石的方法，如合成欧泊、合成绿松石等。

2.高温熔液生长（温度约在300℃以上）：十分类似于低温溶液法生长晶体，它是将晶体的原成分在高温下熔解于助熔剂中，以形成均匀的饱和溶液，晶体是在过饱和熔液中生长。其优点如下：

（1）适用性强，几乎对所有的晶体材料都能找到一些适当的助熔剂来进行晶体生长；

（2）对许多难熔的化合物或熔点较低的晶体材料，可选取适当的助熔剂来进行晶体生长，而助熔剂的选择非常关键，要求它不与生长晶体原料起化合作用；

（3）设备较简单，坩埚、单晶炉热源和控温装置等均属于一般要求的装置。

高温熔液生长晶体也有如下缺点：

（1）晶体生长速度较慢，生长周期较长；

（2）在晶体生长过程中，不易观察生长现象；

（3）许多助熔剂往往带有毒性，有害身体健康；

（4）一般所生长出的晶体尺寸较小。

例如，仿造和再造宝玉石法，主要是利用玻璃、陶瓷、塑料或其他材料制作宝石仿制品（如玻璃猫眼、绿松石玻璃、玻璃欧泊、塑料琥珀等）和再造宝石（再造琥珀、再造绿松石等）。

3.热液生长法，又水热法，是一种在高温高压下过饱和溶液中进行结晶的方法。

四、作业

根据实验条件，合成常见晶体。

此法为最常用方法，是从结晶物质的熔体中生长晶体。适用于光学半导体，激光技术上需要的单晶材料。

（一）晶体生长的必要条件。

根据晶体生长时体系中存在的——由熔体（m）向晶体（C）自发转变时——两相间自由焓的关系：Gm(T)>Gc(T),即△G=Gc(T)-Gm(T)≈△He-Te△Se-△T△Se=△T△Se<0。结晶时, △Se>0，只有△T<0 。熔体单晶体生长的必要条件是：体系温度低于平衡温度。体系温度低于平衡温度的状态称为过冷。△T的绝对值称为过冷度。过冷度作为熔体晶体生长的驱动力。一般情况：该值越大，晶体生长越快。当值为零时，晶体生长停止。

（二）晶体生长的充分条件

晶体生长是发生在固-液（或晶-液）界面上。通常为保证晶体粒生长只需使固-液界面附近很小区域熔体处于过冷态，绝大部分熔体处于过热态（温度高于Te ）。已生长出的晶体温度又需低于Te。就是说整个体系由熔体到晶体的温度由过热向过冷变化。过热与过冷区的界面为等温区。此面与晶体生长界面间的熔体为过冷熔体。且过冷度沿晶体生长反方向逐渐增大。晶体的温度最低。这种由晶体到熔体方向存在的温度梯度是热量输运的必要条件。热量由熔体经生长面传向晶体，并由其转出。

晶体生长的充分条件：（dT/dz）c一定、(dT/dz）m为零时，整个区域熔体处于过冷态，晶体生长速率最大。对于一定结晶物质，过冷度一定时，决定晶体生长速率的主要因素是晶体与熔体温度梯度（dT/dz）c与（dT/dz）m的相对大小。只有晶体温度梯度增大，熔体温度梯度减少，才能提高晶体生长速度。需指出：晶体生长速度并非越大越好，太大会出现不完全生长，影响质量。

（三）晶体生长方法

1 提拉法：提拉法适于半导体单晶Si、Ge及大多数激光晶体。

工艺流程：

1）同成分的结晶物质熔化，但不分解，不与周围反应。

2）预热籽晶，旋转着下降后，与熔体液面接触，待熔后，缓慢向上提拉。

3）降低坩埚温度或熔体温度梯度，不断提拉籽晶，使其籽晶变大。

4）等径生长：保持合适的温度梯度与提拉速度，使晶体等径生长。

5）收晶：晶体生长所需长度后，拉速不变，升高熔体温度或熔体温度不变，加快拉速，使晶体脱离熔体液面。

6）退火处理晶体。

2 坩埚下降法：

在下降坩埚的过程，能精密测温，控温的设备中进行。过热处理的熔体降到稍高于凝固温度后，下降至低温区，实现单晶生长，并能继续保持。

3 泡生法：

过热熔体降温至稍高于熔点，降低炉温或冷却籽晶杆，使籽晶周围熔体过冷，生长晶体。控制好温度，就能保持晶体不断生长。

4 水平区熔法：

盛有结晶物质的坩埚，在带有温度梯度的加热器，从高温区向低温区移动，完成熔化到结晶过程。

以上四种晶体生长使用的坩埚，应具备：熔点高于工作温度200℃，不与熔体互熔起化学反应，良好的加工性及抗热震性，热膨胀系数与结晶物质相近，常用铂、铱、钢、石墨、石英及其它高熔点氧化物。 以水、重水或液态有机物作溶剂的溶液中，可生长完整均匀的大尺寸单晶体。

（一）晶体生长基本原理

1 晶体生长的必要条件：一定温度条件下，溶液的浓度大于该温度下的平衡浓度（即饱和浓度）称过饱和，其大于的程度称过饱和度，它是溶液法晶体生长的驱动力。

2 晶体生长的充分条件：把溶液的过饱和状态控制在亚稳定区内，避免进入不稳定或稳定区。

（二）晶体生长方法

1 降温法：利用不断降温并维持溶液亚稳过饱和态，以实现晶体不断生长的方法。

2 流动法：控制饱和槽和生长槽间温差及流速并使其处于亚稳过饱和态。维持晶体不断生长。

3 蒸发法：利用不断蒸发溶剂，并控制蒸发速度，维持溶液处于亚稳的过饱和状态，实现晶体的完全生长。

4 电解溶剂法：利用电解原理，不断从体系中去除溶剂，以维持溶液过饱和状态，实现晶体不断生长。关键是控制电解电流，即溶剂电解速度保持体系处于亚稳区。

5 凝胶法：两物质的溶液通过凝胶扩散，相遇，经化学反应，生成结晶物质，并在凝胶中成核，长大。 （一）基本原理

高温溶液法生长的结晶物质，须在高温下，溶于助溶剂，形成过饱和溶液。因此，助溶剂选择，溶液相关系的确定，是溶液生长晶体的先决条件。

助溶剂应具备的条件：

1）对结晶物质有足够大溶解度，并在生长温度范围内，有适宜的溶解度温度系数。

2）与溶质的作用应是可逆的，形成的晶体是唯一、稳定的。

3）具有尽可能高的沸点及尽可能低的溶点。

4）含有与结晶物质相同的离子。

5）粘滞性不大，利于溶质扩散和能量运输。

6）无毒、无腐蚀性。

7）可用适当溶液或溶剂溶解。

（二） 晶体生长方法

1 缓冷法及改进技术

以0.2－5℃/h的速度，使处在过饱和态的高温溶液降温，先慢后快，防止过多成核。温度降到出现其它相或溶解的温度系数近于0时，较快速降温。并用适当的溶剂溶掉凝固在晶体周围的溶液，便得晶体。

改进技术

（1）坩埚局部过冷（2）采用复合助熔剂（3）变速旋转坩埚（4）刺破坩埚以利于分离。

2 助溶剂挥发法:恒温下借助助溶剂的挥发，使溶液保持亚稳定过饱和态，以保持晶体生长。

3 籽晶降温法：引入籽晶后，靠不断降温维持溶液的亚稳定过饱和度，保持晶体不断生长。

晶体是十分奇妙、美丽而又用途巨大，而自然界中天然形成的晶体多含有大量的缺陷，从而影响到它的应用。在实验室中，采用精巧的设备，严格设定晶体生长所需的温度、气氛和组分，通过严格控制的条件可以生长出符合需要的高质量晶体。 （一）基本原理

利用运输反应来控制反应的进行，其生成物必须是挥发性的，且要有唯一稳定的固体相（所希望的）生成，ΔG→0?反应易为可逆，平衡时，反应物与生成物有足够的量。

（二） 晶体生长方法

1 升华法

将固体顺着温度梯度通过晶体在管子的冷端从气相中生长的方法。

即：在高温区蒸发原料，利用蒸气的扩散，让固体顺着温度梯度通过晶体在冷端形成并生长的方法。

固→气→固常压升华

常压升华（P>1 atm）：As、P、CdS

减压升华（P<1 atm）：雪花、ZnS、CdSe、HgI2

2 蒸气运输法

在一定的环境相下?利用运载气体来帮助源的挥发和运输?从而促进晶体生长的方法。通常采用卤素作运输剂。在极低的氯气压力下观察钨的运输?发现在加热的钨丝中，钨从较冷的一根转移到较热的一根上。

冷端：W+3Cl2↹WCl6

W以氯化物的形式挥发；热端、分解、沉积出W，规则排列，生长出单晶体。此法常用来提纯材料和生长单晶体。不仅可以生长纯金属单晶，也可用于生长二元或三元化合物。如：ZnIn2S4、HgGa2S2、ZnSiP2。

3 气相反应生长法让各反应物直接进行气相反应生成晶体的方法。成为工业上生产半导体外延晶体的重要方法之一，常用于制膜，如TiC、GaAs。

目前人类科技的镍基单晶材料共有五代。

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