晶体培养过程连续过滤系统设计

针对在磷酸二氢钾晶体生长过程中,生长溶液自发结晶导致杂晶颗粒不断增加,破坏溶液的稳定性,损害晶体的光学品质等问题,设计了连续过滤系统。该系统对生长溶液进行连续过滤循环,溶解杂晶,滤除杂质,为晶体生长提供更加稳定的溶液环境。同时设计了晶体培养过程自动控制系统,为获得高质量晶体提供保证。     

圆盘状晶体生长问题的摄动分析

圆盘状晶体生长是自由晶体生长中典型的生长模式,在其生长过程中顶部和底部的生长速度缓慢,而边缘部分由于热扩散机制的作用而生长速度较快,容易形成花样.由于边缘界面上存在小扰动的作用,从而表现为数学模型的边界条件中出现一个小参数.通过用摄动方法对边界条件中含有小参数的问题进行分析,将其转化为较容易求解的问题,然后用数学物理的方法求出这些问题的解,最后对解的形式进行分析,得到了与实验相符的结果,即固相中的温度场呈现出指数型振荡衰减.     

微重力条件下的InxGa1-xSb晶体生长研究

InxGa1-xSb晶体是吸收波长可以在1.7–6.8μm范围内调控的三元半导体晶体,在红外探测、热光伏电池领域具有重要的应用前景,但由于其固液相线相距很远,容易形成成分偏析和结晶缺陷,且重力对流会增加晶体生长界面处物质输送的不均匀性,使得地面环境下难于生长高质量的InxGa1-xSb晶体.微重力环境由于抑制了自然对流,为晶体生长提供了良好条件,本文综述了微重力环境对InxGa1-xSb半导体晶体成分偏析和晶体缺陷的影响,并介绍了中国返回式微重力科学卫星实践十号上的InxGa1-xSb三元晶体的空间生长实验成果.     

高浓度氯化钙水热环境下氢氧化镁颗粒生长行为研究

以石灰乳-卤水法制备的氢氧化镁为原料,对不同水热环境下高浓度氯化钙对氢氧化镁颗粒形貌的影响进行了研究。通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪和氮气吸附比表面积分析仪(BET)对产物的比表面积和形貌进行表征。结果表明,较高的温度和高浓度氯化钙的存在有利于晶体的发育生长,其产物的分散性较好,粒径均匀并呈六方片状晶体,比表面积由22.17 m2/g变为14.84 m2/g。对水热条件下氯化钙对晶体生长的作用进行了机理分析,CaCl2的存在使得氢氧化镁基元在晶体表面横向叠加,促进了六方片状氢氧化镁颗粒的生成,并提出氢氧化镁颗粒的最稳定晶型为六方片状。     

Te自助熔剂定向凝固法生长CdTe晶体

碲化镉(CdTe)晶体是一种制造室温X射线和γ射线探测器最为理想的半导体材料,在医学、食品、安检、核废料监测等应用领域前景广阔。采用一种Te自助溶剂定向凝固技术生长CdTe晶体,在区熔温场及坩埚旋转系统的综合作用下,获得了平坦状的理想固液界面形貌。生长?25 mm的CdTe晶体横截面单晶区域面积可达70%,从?56 mm的CdTe晶体中可截取尺寸达15 mm×15 mm×3 mm的单晶,电学测试表明CdTe晶体在未掺杂改性条件下电阻率达10~8Ω·cm。红外透射显示,CdTe晶体中包含尺寸范围为1～20μm的Te夹杂,这是CdTe单晶生长过程中出现的主要微观缺陷。该工作取得的相关成果对未来CdTe晶体生长技术发展具有一定参考价值和借鉴意义。     

防止重掺砷CZ单晶硅组分过冷的探讨

在探讨组分过冷数学模型的基础上,针对重掺砷CZ单晶硅的生长,理论计算了防止组分过冷时固液界面处晶体温度梯度G_S的临界值为51.32~33.10 K/cm.以此为依据,设计了具有较大温度梯度的18寸(60 cm)晶体生长热场,以数值模拟的方法,给出了固液界面处晶体的温度梯度G_S的模拟值为54.68~38.14 K/cm.在晶体等径生长的各个阶段,固液界面处晶体的温度梯度G_S的模拟值均在防止组分过冷的临界值之上,可以有效避免晶体生长过程中组分过冷的发生,并利用实际晶体生长试验的结果验证了以上分析的有效性.     

溶剂介质对ZnO晶体极性生长的影响

以Zn(NO3)2·6H2O、NaOH为原料,以水、乙醇、液体石蜡和双氧水为溶剂,在不同条件下水热合成不同结构形貌的ZnO.通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对其结构形貌进行表征,讨论ZnO在上述介质中的极性生长特性和生长机制.结果表明,溶剂类型可明显改变晶体+c轴方向的生长速率,从而获得不同的结构形态.在水介质中,晶体极性生长习性明显,+c轴 [0001]方向的生长速率明显大于其它方向,晶体生长为六方长柱状结构;以水和乙醇混合物为溶剂时,沿+c轴方向的生长速率明显减小,晶体呈六方片状;在液体石蜡中晶体沿各个晶向都无择优性,极性生长习性不明显,+c轴 [0001]方向的生长速率近似于其它方向,从而形成六方短柱状结构;双氧水的富氧体系则大大促进了晶体沿+c轴方向的极性生长,促使晶体呈针管状结构.     

嵌段型超分散剂在固/液界面的吸附机理

嵌段型超分散剂PSE是一种新型、高效分散剂.作者通过吸附等温线、红外光谱分析等测试手段及理论计算,研究了PSE在SiO2和滑石固/液界面的吸附特性及吸附形态.研究结果表明,PSE在SiO2表面发生了化学吸附,其作用模型为SiO2表面的-OH与PSE的硅醇基化学键合形成桥氧键;PSE在滑石解离面的主要吸附机理是PSE的硅醇基与滑石解理面上的氧原子形成氢键;当PSE浓度低时,超分散剂PSE在颗粒表面发生多位吸附,即锚固段和溶剂化段同时吸附在颗粒表面;当PSE浓度高时,超分散剂PSE锚固段卧式吸附在颗粒表面,溶剂化段伸入水中,属于单层吸附.     

煤系高岭土合成NaA分子筛及其机理分析

以煅烧煤系高岭土为原料,采用氢氧化钠溶液水热合成制备NaA分子筛.以NaA分子筛晶体的生长过程为基础,利用XRD、SEM对NaA分子筛晶体生长规律进行表征, 并对其结晶机理进行了分析.结果表明,煤系高岭土制备NaA分子筛的最佳工艺条件是:煅烧温度为725 ℃;配料比 m(Na2O)/m(SiO2)为3,m(H2O)/m (Na2O)为40;胶化条件为70 ℃×2 h;晶化条件为100 ℃×6 h.所制NaA分子筛的钙离子交换量为316.55 g CaCO3/g.在NaA分子筛的碱液合成过程中,在晶化条件下,凝胶固相中的硅铝酸根骨架解聚重排晶化成沸石晶体骨架.     

二维DNA晶体在水-甲醇体系中生长的研究

报道了一种新的DNA晶体的生长体系,即甲醇-水(甲醇体积比50%)体系.甲醇-水体系是DNA晶体生长较宽松、容易的环境.TEM和AFM观察到在甲醇-水体系中生长的DNA晶体比在水中生长的DNA晶体更大,而且DNA晶体的构象发生了明显的变化,可能存在有B-,A-和Z-3种构象.     

生物膜孔模版中多形态ZnO纳米结构的生长及性能

以天然鸡蛋壳膜为模版,Zn(NO3)2乙醇溶液为溶剂,将鸡蛋壳膜在室温下(T=300 K)经过溶剂浸泡,然后叠放一定层数进行退火处理,生长出ZnO纳米晶体.利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和荧光光谱仪分析了ZnO纳米晶体的形态、结构和荧光特性,研究了纳米晶体的生长模式,讨论了叠膜层数对其生长模式和形态的影响.鸡蛋壳膜孔中生长的ZnO纳米晶体为六方纤锌矿结构,纳米晶体的尺寸和形态依赖叠模版的层数.叠放单层模版,模版容易发生卷曲,使其中生长的ZnO颗粒自组装成管状;叠放多层模版,模版之间的相互限制控制了ZnO的生长方向,使ZnO颗粒趋向于聚集成致密的六角形片状形态.ZnO颗粒的尺寸随膜层的增加而减小,各种形态的ZnO纳米晶体都具有强的紫外荧光.     

线性等温吸附条件下有机污染物在地下饱水带中迁移的数学模型及参数分析

为研究在固-液界面的吸附降解等行为对饱水带中的有机污染物的迁移转化过程的影响,综合考虑有机污染物在饱水带中的扩散、吸附解吸、分配以及微生物降解作用,根据线性等温平衡吸附理论,建立了地下水流动方程与有机污染物在饱水带中迁移方程耦合的数学模型,探讨了模型中的分配系数及溶解项、吸附项的一阶反应速率等参数的改变对有机污染物运移规律的影响.结果表明,随着分配系数的增大,有机污染物因固相介质的吸附和截留而被限制其随地下水迁移;微生物降解作用对有机污染物的浓度有重要影响,随着反应速率的改变,污染物在固相和水相中的浓度迅速改变.本文的研究结果为定量描述溶质迁移过程提供理论依据,同时也为实验室中模型参数的测定提供可靠的依据.     

氯化钠对石膏晶体生长习性影响的分子动力学模拟

如何有效控制溶液体系下石膏晶体的生长行为已成为脱硫行业亟待解决的问题之一，而晶体生长过程的有效信息往往无法及时有效在线检测.利用分子动力学模拟技术，计算出石膏晶体特定晶面的附着能、面心距离和面积等参数，确定了其形态学上重要的生长晶面及其表面结构，理论研究了氯化钠溶液与石膏晶体主要生长面之间的相互作用机制.并通过实验得到氯化钠对石膏晶体形貌的影响，与分子动力学模拟结果进行对照分析.结果表明，由于氯化钠溶液对石膏晶体不同晶面的作用变化，可以显著改变石膏晶体形态，模拟结果与实验一致，分子动力学模拟可以为晶体的形态控制提供理论基础.     

BaB2O4单晶快速生长时的界面形态与表面台阶形貌

利用微分干涉显微镜和原子力显微镜, 分别研究了快速生长的BaB₂O₄单晶固液界面形状的演化和晶体(0001)显露面上的台阶形貌. 结果显示, 在快速生长条件下, 晶体固液界面会由平坦状向骸晶状界面转变; 而晶体表面台阶的形貌与晶体生长的方向密切相关, 沿着<1010>方向运动的台阶束构成台阶流形貌, 而沿着<0110>方向运动的台阶束则表现为台阶片段的形貌. 通过AFM分别计算了表面上不同方向排列的纳米尺度上台阶的高度, 从而估算了晶体生长构造单元的尺寸, 结果说明在快速生长时溶液过饱和场的极度不均匀性造成的构造单元尺度和台阶聚并行为的各向异性是引起台阶流形貌各向异性的主要原因.     

空间微重力环境中的晶体生长研究进展

 随着信息技术和生物技术的发展, 人们对于结构完整、性能完美的高品质光电子晶体和蛋白质晶体的需求愈加迫切。地面重力条件下存在自然对流,它显著地影响热量和溶质的输运过程以及晶体/溶液界面边界层特性,进而影响晶体的品质和性能。空间微重力环境提供了纯扩散晶体生长的理想条件,在此条件下有可能生长出高性能的单晶体。在过去30多年的微重力实验中,科学家通过搭载卫星、飞船和空间站等航天器,开展了一系列空间晶体生长研究。本文综述几种主要晶体的实验研究进展,内容包括：半导体晶体、特殊功能晶体、非线性光学晶体、蛋白质晶体和食盐晶体。     

柠檬酸对二水石膏晶体生长习性与晶体形貌的影响

利用扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)等测试手段分析了柠檬酸对二水石膏晶体结晶习性的影响,并从晶体生长的角度揭示了柠檬酸的缓凝机理．结果表明：柠檬酸由于能与钙离子发生络合作用,降低了钙离子在各个晶面上的叠合速率,从而减缓了石膏晶体的生长速率,晶体粗化;柠檬酸优先吸附在生长最快的c轴方向上,抑制c轴的生长,从而改变各个晶面的相对生长速率,晶形由针状变为短柱状;加入柠檬酸后,建筑石膏的缓凝、石膏硬化体强度的下降均与二水石膏晶体生长习性的改变息息相关．     

各向异性影响非等温凝固过程的相场法模拟

采用相场法,模拟Ni-Cu二元合金非等温凝固时各向异性系数对晶体生长行为的影响.结果表明,各向异性系数越大,二次枝晶越发达,枝晶生长速度越快.潜热的释放,致使固相区温度比液相的高,而且在二次枝晶生长速度最快的固/液界面处的温度最高.固/液界面温度的升高,使过冷度降低,晶体的生长受到抑制,生长速度出现波动.     

关于掺钠的铌酸锂晶体的生长

通过选择合适的原料配比(L i2O占48.6%,Nb2O5占51.4%,并掺入3%的钠),控制固液界面处的温度梯度,选择合适的晶体生长速度,采用提拉法成功地生长出了具有良好光学均匀性的掺钠L iNbO3晶体,用X射线粉末衍射获得了晶体的晶胞常数,结果表明掺钠后晶体常数a增大c减少,并讨论了掺钠L iNbO3晶体生长存在的主要问题、发展前景及今后的研究方向.     

Ⅲ-Ⅴ族半导体微重力生长研究进展

空间微重力环境为理解被地面重力场掩盖的晶体生长现象与规律、探索新的晶体制备工艺提供了独一无二的平台.我国学者在过去的30多年里进行了Ⅲ-Ⅴ族半导体晶体的空间生长研究,主要进展有:在微重力条件下得到了器件级的半绝缘GaAs,基于其制备的低噪声场效应晶体管和模拟开关集成电路性能明显超过地基器件;通过抑制熔体静压力的作用,实现了GaSb及InSb两种材料的非接触Bridgman生长,并大幅降低了材料的位错密度;深入研究了浮力对流、Marangoni对流及旋转磁场驱动的强制对流对组分微观偏析的影响规律;将垂直梯度凝固法应用于半导体合金生长,获得了组分均匀分布的GaInSb材料.本综述回顾了以上方面的研究进展,并对半导体空间材料科学的未来挑战进行了展望.     

前驱体固相反应法制备含锂磷酸盐LiCoPO_4过程研究

以氢氧化锂、磷酸二氢铵和醋酸钴为原料,加入少量水乙醇溶液,以聚乙二醇PEG-400为表面活性剂,在流变相状态下,经低热反应合成前驱体NH4CoPO4,再经固相反应活化制备LiCoPO4纳米晶体粉体,应用FTIR,XRD,TG-DTA,SEM表征分析,研究活化温度对LiCoPO4制备过程的影响.制备过程可描述为3个可阶段性控制的合成过程,在晶体生长过程中控制粒度,温度是关键因素,晶粒生长动力学指数为1.2,晶体生长激活能为E=18.54kJ/mol,晶粒的生长主要以界面扩散机理为主.