基于同步辐射白光形貌术和X射线迹线法的6H-SiC单晶结构缺陷研究

[目的]SiC材料结构缺陷的检测和控制是实现材料应用的关键环节,因此本文对6H-SiC单晶中的结构缺陷进行研究。[方法]采用同步辐射白光形貌术观察6H-SiC单晶中的基本螺位错和基平面弯曲,并利用X射线迹线法模拟基本螺位错的形貌和基平面弯曲后衍射斑点的形状。[结果]6H-SiC单晶中的典型结构缺陷之一为基本螺位错,它的形貌特征为白色的圆斑;由于热弹应力的存在,6H-SiC单晶在生长过程中容易发生基平面弯曲,结果导致衍射斑点的形状发生改变。[结论]同步辐射白光形貌术和X射线迹线法可以用于检测6H-SiC单晶结构缺陷;样品的基本螺位错密度为1.56×10~4/cm~2,基平面弯曲半径近似为1m。     

苏云金芽孢杆菌LSZ9408伴孢晶体的形态特征研究

本文通过对虫体复壮前后BtLSZ9408菌株伴孢晶体的形态结构观察、杀虫毒力测定，发现BtLZS9408伴孢晶体以菱形结构为主（比例〉85％），其余为正方形结构（比例占3％）、不规则结构（比例〈12％）；虫体复壮后菌株伴孢晶体中菱形结构比例提高、不规则结构比例下降，菱形晶体平均轴长增大，杀虫毒力显著提高。     

Simulating micrometre-scale crystal growth from solution

Understanding crystal growth is essential for controlling the crystallization used in industrial separation and purification processes. Because solids interact through their surfaces, crystal shape can influence both chemical and physical properties. The thermodynamic morphology can readily be predicted, but most particle shapes are actually controlled by the kinetics of the atomic growth processes through which assembly occurs. Here we study the urea-solvent interface at the nanometre scale and report kinetic Monte Carlo simulations of the micrometre-scale three-dimensional growth of urea crystals. These simulations accurately reproduce experimentally observed crystal growth. Unlike previous models of crystal growth, no assumption is made that the morphology can be constructed from the results for independently growing surfaces or from an a priori specification of surface defect concentration. This approach offers insights into the role of the solvent, the degree of supersaturation, and the contribution that extended defects (such as screw dislocations) make to crystal growth. It also connects observations made at the nanometre scale, through in situ atomic force microscopy, with those made at the macroscopic level. If extended to include additives, the technique could lead to the computer-aided design of crystals.     

霜晶生长的界面演变及机制分析

为了认识冷面结霜的微观机制,对霜晶生长过程中的各种界面演变现象进行了研究。从晶体生长角度解释了各种形状初始霜晶的形成机制;利用界面稳定性理论分析指出:温度场和水蒸气浓度场是影响霜晶生长的主要因素,两者的竞争耦合作用是产生相变和霜晶各种界面演变现象的根本原因;建立了霜晶生长速率与霜晶表面温度及水蒸气分压力相关的数学模型。计算结果表明:随着霜晶温度的降低或环境空气水蒸气分压力的增加,霜晶生长速率增大,这与实验以及基于分子运动论的分析结论是一致的。     

霜晶生长的界面演变及机理分析

为了认识冷面结霜的微观机理,对霜晶生长过程中的各种界面演变现象进行了研究。从晶体生长角度解释了各种形状初始霜晶的形成机制;利用界面稳定性理论分析指出:温度场和水蒸气浓度场是影响霜晶生长的主要因素,两者的竞争耦合作用是产生相变和霜晶各种界面演变现象的根本原因;建立了霜晶生长速率与霜晶表面温度及水蒸气分压力相关的数学模型。计算结果表明:随着霜晶温度的降低或环境空气水蒸气分压力的增加,霜晶生长速率增大,这与实验以及基于分子运动论的分析结论是一致的。     

霜晶形态演变过程的实验观测

利用显微可视化实验台,对水平冷板上霜层表面冰晶的形态演变过程进行研究,在霜层成熟期观察到一种冰晶＂吞噬＂现象。冰晶在周围冰晶正常生长的同时发生升华,并且升华过程从温度较低的根部开始。在冰晶升华过程中,有可能于根部生长出新冰晶,最终被新冰晶取代。局部温度场和浓度场的相互作用是产生这些冰晶竞争现象的主要原因。     

物理气相传输(PVT)法生长碳化硅的晶体形态热应力分析

利用有限元方法对物理气相传输(PVT)法生长碳化硅晶体过程中出现的3种典型生长形态进行了热应力分析.结果表明:在3种晶体生长形态中,热应力最大值都出现在晶体与石墨坩埚盖接触区域;平面型生长形态中温度场及相应的热应变场和等效应力场分布均比较均匀;凸面型和凹面型生长形态的温度场及相应的热应变场和等效应力场分布均变化较大,而且在凸面型的中间区域和凹面型的边缘区域也存在较大的应力值.因此,为提高晶体质量,提出在石墨坩埚盖上沉积或反应生成碳化硅过渡层来减小热应力的改良方法,同时调整碳化硅晶体生长系统,尽量保证碳化硅晶体的平面型生长形态.     

带锥台托盘KH2PO4晶体生长与位错分布

利用光学显微镜对采用锥台托盘及传统平托盘生长的晶体进行位错腐蚀观察，发现锥台托盘生长的晶体上半部分位错分布与平托盘生长的晶体相似，部分区域位错密度低于平托盘生长的晶体。对于锥台托盘生长的晶体下半部分，其柱面位错缺陷很少，位错集中在与锥台直接接触的下锥面。下锥面的存在阻止了柱面底部新位错的形成，为柱面生长提供了更好的生长条件。硬度分析表明使用锥台托盘一定程度上提高了晶体结晶完整性。     

含蜡原油蜡晶形态和结构的定量表征

为了建立含蜡原油流变性的机理模型 ,必须对蜡晶形态和结构的特征进行量化描述。首先 ,采用分块二维熵图像阈值法进行蜡晶图像的自动阈值分割 ;然后 ,采用统计学方法分别对蜡晶的粒度、形状和连续相原油的形态进行特征提取。考虑到蜡晶形状分析中的离散误差 ,提出采用改进的离散圆度算法进行蜡晶形状统计 ,采用计算蜡晶生长区域的数学形态学方法对连续相原油区域进行统计描述 ,从而实现了对蜡晶形态和结构的定量描述。     

工艺参数对Al-Zr中间合金中初生Al3Zr相的影响

以Al-K2ZrF6为反应体系，采用Al热还原法，研究了不同工艺参数对Al-Zr中间合金凝固过程中初生Al3Zr相的形貌、尺寸、数量及分布状态的影响.结果表明:随着熔体反应温度的增加，Al3Zr晶体的形貌由小块状逐渐长成长条状，尺寸增加，数量减少；当温度低于1000℃，晶体呈现小块状；温度高于1000℃时，晶体呈现长条状；温度为1000℃时，晶体呈现块状和长条状的混合态.与使用铁模相比，采用耐火材料模时，Al3Zr相尺寸增大，数量减小.随着K2ZrF6加入量的增加，Al3Zr相的体积分数增多，尺寸更细小，分布更均匀.     

金钱草提取液对尿液中草酸钙晶体生长的影响

采用经处理过的正常人尿液作为模拟体系,研究了金钱草对草酸钙晶体生长的影响.使用SEM,FT-IR和XRD等测试手段对所得晶体进行了表征.结果发现:在正常人尿液中生成了一水合草酸钙(COM)和二水合草酸钙晶体(COD);而当加入金钱草提取液后,一水合草酸钙晶体完全消失,二水合草酸钙晶体的尺寸也随着金钱草提取液的生药浓度增大而减小,说明金钱草可以很好地抑制尿结石的形成.从生物矿化的角度对金钱草抑制草酸钙晶体生长的可能机理进行了探讨.     

用AFM观测凝胶法下KClO4晶体的生长机理

用原子力显微镜(atomic force microscopy,AFM)对凝胶法生长的KClO4晶体的最重要面{001}面微观形貌进行了研究。结果表明,在不同的过饱和度下,KClO4晶体分别表现为二维成核生长、三维成核生长、层核生长以及多层堆垛生长等生长机理。从热力学角度解释了过饱和度对KClO4晶体生长机理的影响。对二维成核生长机理,揭示了KClO4晶体生长中二维核的形状和取向,及生长台阶的取向。研究结果还表明,杂质的存在将阻止台阶的向前推进,并导致聚并台阶及弯曲台阶的形成。     

Liquid crystal phase transitions in suspensions of polydisperse plate-like particles

Colloidal suspensions that form periodic self-assembling structures on sub-micrometre scales are of potential technological interest; for example, three-dimensional arrangements of spheres in colloidal crystals might serve as photonic materials, intended to manipulate light. Colloidal particles with non-spherical shapes (such as rods and plates) are of particular interest because of their ability to form liquid crystals. Nematic liquid crystals possess orientational order; smectic and columnar liquid crystals additionally exhibit positional order (in one or two dimensions respectively). However, such positional ordering may be inhibited in polydisperse colloidal suspensions. Here we describe a suspension of plate-like colloids that shows isotropic, nematic and columnar phases on increasing the particle concentration. We find that the columnar two-dimensional crystal persists for a polydispersity of up to 25%, with a cross-over to smectic-like ordering at very high particle concentrations. Our results imply that liquid crystalline order in synthetic mesoscopic materials may be easier to achieve than previously thought.     

Effects of carbon diffusing field in alloy solvent on the growth of tower-shape diamond single crystal

High-quality type-Ib tower-shape diamond single crystals were synthesized in cubic anvil high pressure apparatus (SPD-6×1200) at 5.4 GPa and 1250-1450°C. The (100) face of seed crystal was used as the growth face, and FeNiMnCo alloy was used as the solvent/catalyst. Two kinds of carbon diffusing fields (type-B and type-G) were simulated by finite element method (FEM). Using the two kinds of carbon diffusing fields, many diamond single crystals were synthesized. The effects of carbon diffusing fields on the ...     

Progress in modeling of fluid flows in crystal growth processes

Modeling of fluid flows in crystal growth processes has become an important research area in theoretical and applied mechanics. Most crystal growth processes involve fluid flows, such as flows in the melt, solution or vapor. Theoretical modeling has played an important role in developing technologies used for growing semiconductor crystals for high performance electronic and optoelectronic devices. The application of devices requires large diameter crystals with a high degree of crystallographic perfection, low defect density and uniform dopant distribution. In this article, the flow models developed in modeling of the crystal growth processes such as Czochralski, ammonothermal and physical vapor transport methods are reviewed. In the Czochralski growth modeling, the flow models for thermocapillary flow, turbulent flow and MHD flow have been developed. In the ammonotbermal growth modeling, the buoyancy and porous media flow models have been developed based on a single-domain and continuum approach for the composite fluid-porous layer systems. In the physical vapor transport growth modeling, the Stefan flow model has been proposed based on the flow-kinetics theory for the vapor growth. In addition, perspectives for future studies On crystal growth modeling are proposed.     

超声波影响初始霜晶生长的微观可视化研究

试验研究了超声波对平板表面结霜初始阶段霜晶生长的影响.对自然对流条件下施加20kHz频率的超声波和未施加超声波两种作用机制下平板表面结霜初始阶段冻结水珠的形态、分布以及水珠冻结后水珠表面霜晶的生长进行了微观可视化研究.对有无超声波作用的不同冷表面温度下水珠冻结粒径的大小以及水珠分布的疏密进行了对比分析.同时对有无超声波作用下水珠冻结后水珠表面霜晶的生长进行了对比观测.试验结果显示:施加超声波作用后,冻结水珠粒径显著减小,形态相对规整且接近圆形;分布相对规则且明显稀疏;水珠冻结后其表面霜晶几乎不生长.结果表明:超声波对结霜初期冻结水珠的形成以及水珠冻结后水珠表面霜晶的生长具有显著的抑制作用.     

点状籽晶法生长KDP晶体的(100)面位错分布

通过光学显微镜对点状籽晶法生长的KDP晶体（100）面位错蚀坑的观察和分析,发现柱区的位错线走向不同于片状籽晶法生长的晶体。晶体的位错主要来自籽晶的位错。通过籽晶成锥-微溶-生长的过程可以减少籽晶锥区位错向晶体中的延伸,在晶体内部,当两条夹角很小的位错线相交时会合并成一条位错线。     

立方晶体宏观织构取向分布函数的程序化

取向分布函数(ODF)从宏观整体上反映了多晶体各晶粒取向的统计分布,它突破了传统的极图法、反极图法用一维或二维图形来描述晶体的空间取向分布的局限性,可实现晶体取向分布的三维空间描述.针对具有立方结构的多晶体材料,采用级数展开法模型计算取向分布函数的理论模型,利用程序对ODF值进行了计算,并以Voronoi增量算法为基础生成包含有5000个晶粒的多晶体材料各晶粒的几何数据信息,与计算得到的ODF值一起导入OpenGL进行可视化处理,直观显示了多晶体材料中ODF值在各晶粒内的分布.通过对立方系多晶体材料的ODF测算,对该种材料的织构类型研究与分布规律分析具有重要的指导意义.     

正方空气柱结构二维三角晶格光子晶体及其禁带特征

基于平面波展开法比较研究了空气圆柱三角晶格光子晶体和正方介质柱三角晶格光子晶体的禁带特征,提出了正方空气柱三角晶格光子晶体结构,并分析了相对介电常数对其禁带宽度的影响.结果表明:空气圆柱三角晶格光子晶体要比由同种介质材料构成的正方介质柱三角晶格光子晶体的完全禁带要大得多;对于正方空气柱三角晶格光子晶体,当相对介电常数εr>12.0时将出现双禁带,且当εr=19.0时两条禁带均达到最大值.     

草酸钙结石结构中“菱形”晶体的性质——用弗氏台测定草酸钙结晶的光学常数

偏光显微镜下草酸钙晶体被描述为哑呤状、颗粒状、信封状或菱形状晶体,并把菱形结晶一直认为是二水草酸钙。有关其分类问题仍有争论。本文用弗氏台测定了结石中草酸钙的各种晶体形态的光学特征性常数和光率体成分(晶面夹角、晶棱与光学主轴之间关系,2V)。证实二水草酸钙属于中级晶族,四方晶系,晶体的形态是扁平四方双锥(信封状),一水草酸钙是低级晶族,单斜晶系,形态是斜方柱。本研究发现菱形晶属于一水和二水草酸钙的中问晶体,菱形晶有两种晶体形式,单锥和双锥的结晶形式,菱形晶不是二水草酸钙。