计算结晶学: 铝-尖晶石晶体结构与生长形态

现代计算技术向科学技术研究各个领域渗透, 形成了诸多新兴交叉学科. 在对结晶学发展历史和需要解决的基本科学问题作了分析之后, 基于理论研究、晶体制备实验与数学建模计算三者必须紧密结合、互为依托的认识, 提出了计算结晶学的构想, 并以复杂氧化物晶体体系: 铝-尖晶石晶体为例, 通过选取晶体的基本结构单元, 确定晶体结构的数学表达, 进行生长基元稳定能计算并给出晶体的有利生长基元, 描述晶体生长形态的形成过程等, 阐述了计算结晶学的基本思想与研究方法. 所得到的结论与水热法制备铝-尖晶石晶粒的实验结果一致.     

钨酸铅晶粒生长基元及水热制备研究

钨酸铅（ＰｂＷＯ４）晶体结构可看作是钨氧四面体ＷＯ４与铅离子Ｐｂ＾２＋的有序结合，根据“生长基元”模型，钨酸铅晶体的生长基元是由钨氧四面体和铅离子有序结合而的具有不同几何结构的聚集体，棱锥体状、四方柱状和四棱柱状生长基地是钨酸铅晶体的有利生长基元，这些有利生长期的几何构型与钨酸铅晶体结晶学单形的几何方位相一致，在低受 度生长条件下，钨酸铅晶粒的生长这些有利生长基元几何构型的聚合，这些结论完全被水热     

KDP晶体生长基元与形成机理

从结晶化学角度出发,研究ＫＤＰ晶体的生长基元和形成机理,研究了固－液界面边界层在不同面族上厚度的变化,并采用Ｒａｍａｎ光谱对生长过程中溶液结构的变化进行实时观察,发现边界层处溶液结构怀晶体结构相似,提出晶体生长基元为「Ｈ２ＰＯ４」＾－。     

水热条件下二氧化钛晶体同质变体的形成

以二氧化钛为对象,对水热条件下晶体同质变体的形成过程进行了研究. 根据实验结果和理论分析,可将水热条件下晶体同质变体的形成过程概括为一个“基元过程”,它包括了生长基元的形成、生长基元之间的聚合反应导致晶核的形成、晶粒的生长等基本阶段. 环境相与生长条件对同质变体形成的作用主要体现于生长基元结构的不同. 例如,改变反应介质的酸碱度,水热反应体系中稳定能最高的生长基元的结构不同,这是不同水热条件下可以制得二氧化钛不同变体的原因. 生长基元在不同晶面族上的吸附、运动、结晶或脱附主要与晶相结构有关. 晶相内部缺陷的形成又与过程受到干扰有关.     

水热法制备的氧化锌微晶的形态特征

氧化锌陶瓷材料及其相应的功能器件在电子、化工等行业有许多应用.工业上用草酸锌分解的方法来制备ZnO粉体,但所得粉体粒度大、分布宽且烧结活性差.制备优质氧化锌粉体是提高相应陶瓷材料性能的基础.水热法是制备优质超细粉体的湿化学方法之一,其中采用水热法制备ZrO_2,BaTiO_3,PLZT等超细粉体的研究近年来受到了广泛的重视;采用水热法制备Ⅱ-Ⅵ族化合物的超细粉体最近亦有报道.作者研究了采用不同水热条件下的氧化锌超细微晶的制备,实验表明,水热法制备的氧化锌微晶的形态变化很大,而形态特征对粉体的实际应用具有重要影响.同时,研究水热条件下超细微晶制备过程中的结晶习性也是晶体生长工作的一个重要内容.1 实验采用直径为20mm,长180mm的管式高压釜,内加贵金属内衬,釜体分区加热以建立合适的温场(上下部温差为10～20℃);在一定的充填度条件下,进行不同反应温度(150～350℃)和反应时间(恒温时间4 ～72h)的水热反应.在填充度为85%,反应温度300℃时,实际测得体系的压力不超过50MPa.     

热液条件下BaTiO3纳米晶的形成机理

研究了热液条件下ＢａＴｉＯ３纳米晶的生长基元与结晶习性，提出ＢａＴｉＯ３的生长基元为Ｔｉ（ＯＨ）６＾２－八面体，表面均ＯＨ＾－化，通过对溶液中ＯＨ＾－量的测定和在高压釜内加直流电场的实验，得出了溶液中电流强度的变化和晶体形貌之间的关系。根据对生长基元稳定能的计算得出了不同条件下有利的生长基元和晶粒结晶形貌之间的关系，从结晶化学角度提出锐钛矿与ＢａＴｉＯ３的结构具有相似相容性，从而合理地解释了在常温     

水热条件下二氧化钛晶体同质变体的形成

以二氧化钛为对象,对水热条件下晶体同质变体的形成过程进行了研究.根据实验结果和理论分析,可将水热条件下晶体同质变体的形成过程概括为一个"基元过程”,它包括了生长基元的形成、生长基元之间的聚合反应导致晶核的形成、晶粒的生长等基本阶段.环境相与生长条件对同质变体形成的作用主要体现于生长基元结构的不同.例如,改变反应介质的酸碱度,水热反应体系中稳定能最高的生长基元的结构不同,这是不同水热条件下可以制得二氧化钛不同变体的原因.生长基元在不同晶面族上的吸附、运动、结晶或脱附主要与晶相结构有关.晶相内部缺陷的形成又与过程受到干扰有关.     

负离子配位多面体生长基元模型及其在晶体生长中的应用

负离子配位多面体生长基元理论模型强调了晶体结构对晶体生长的影响,并与晶体生长的实际条件有机地联系起来,较好地弥补了以往晶体生长理论脱离实际的不足.总结了晶体生长溶液与熔体结构的测定结果,表明了晶体生长中存在着负离子配位多面体生长基元,并且在不同过饱和度溶液或不同过冷度熔体中,负离子配位多面体可以形成不同维度的聚集体.并用该理论模型讨论了晶体生长中的尚未破解的一些疑难问题,如:枝蔓晶的形成、极性晶体生长习性及同质异构和异质同构晶体的形成等.     

水热条件下BaTiO3晶粒的结晶学特性

水热法在制备含氧化合物细粉方面具有许多优点.水热反应不需要很高的温度,这不仅降低了能耗,而且使所得产物反应活性得到提高;由于反应是在较高压力和温度下进行的,所以反应速度较快,且可得到高纯、单相产物.近年来,水热法在含氧化合物粉体的制备方面得到了广泛的研究和应用,但有关水热条件下所制得的粉体的结晶学特性的报道不多,而这方面的研究对认识水热条件下粉体的形成机理及选择适宜工艺路线都是十分重要的.本文报道了水热条件下BaTiO_3晶粒在晶相和晶胞参数方面的一些变化规律.     

水热条件下四方相BaTiO3的合成

BaTiO_3陶瓷是一种重要的介电材料,广泛用于热敏电阻,多层陶瓷电容器以及电光器件中.陶瓷材料的性能在很大程度上取决于所用粉体材料的性能.因而,数十年来BaTiO_3的合成一直是一个很重要的研究课题,传统方法是将氧化物或盐经多次混和研磨、灼烧,而近年来研究中心则已转移到低温合成方法上,低温合成方法的优点在于可以获得高纯、均一的超细粉体.其中尤以水热法更为成功,水热法是将Ba(OH)_2与TiO_2粉体或胶体、Ba-Ti醋酸盐凝胶在OH~-存在的条件下于80～250℃的水介质中加热.这类方法可制得超细BaTiO_3,但是所得BaTiO_3在室温下呈立方相,因而是顺电性的,必须经过1100℃以上的高温处理才能得到室温下为四方结构的铁电相.四方相BaTiO_3粉料可用热压烧结而制成陶瓷,从而避免了长时间的高温灼烧,使晶粒长大和气孔扩张得到控制.因此,水热条件下四方相Ba-TiO_3的低温直接合成是一项很有意义的工作1 实验BaTiO_3细粉是采用Ba(OH)_2·8H_2O和市售TiO_2粉末在(?)30mm×430mm的管式高压釜中制得的.高压釜作分段加热,以建立适宜的上、下温度梯度.反应温度为300℃,反应时间为8h.制得的粉体用醋酸溶液将pH值调至7.5,以去离子水多次洗涤后,在120℃下于空气中烘干.样品作了X射线衍射(XRD;日本理学,RAX-10)、X射线荧光(