不同pH值下KDP晶体{100}面生长的AFM研究

通过对40℃时、不同pH值和不同过饱和度下磷酸二氢钾(KDP)晶体{100}面生长的原子力显微镜(AFM)的非实时研究,发现在低过饱和度下,{100}面台阶化明显,台阶形貌差异较大;高过饱和度下,KDP晶体生长以二维成核机制为主.对于pH=4.2和pH=2.5,在过饱和度较低时,位错生长机制控制晶体的生长;当σ≥0.05时,二维成核机制起主导作用.而pH=5.0时,在低过饱和度下同样是由位错机制控制生长,但当σ≥0.03晶体生长即以二维成核机制为主.通过对25℃时、不同pH值、低过饱和度下KDP晶体{100}面台阶推移的原位实时AFM的研究,估算了KDP晶体{100}面的法向生长速度,发现pH=5.0时生长速度最快,晶体生长主要受螺旋位错生长机制控制.另外,发现随着过饱和度的降低,台阶的密度也随之减少,宽度变大.最后,通过原位实时AFM,观察到一种各向异性生长的台阶推移现象.     

无机功能晶体材料的结晶过程研究

功能晶体材料作为光、声、电等转换的重要介质,已经被广泛应用于能源、信息、航空航天等高新技术领域,是目前国际材料科学与工程学科发展的热点和前沿课题.结晶过程是制备功能材料的核心环节,结晶习性直接影响材料的光、电、磁、催化等功能特性.在无机材料的结晶过程中,晶体组成在微观上经历了从自由态离子到结晶态固体的相变过程.可以借助晶体组成离子的电负性及基团微观对称性的变化,研究结晶过程中聚集体的形成和结构演变规律.利用分子振动光谱能够从分子尺度上揭示非线性光学晶体材料在水溶液结晶过程中结晶学结构的形成过程,克服了传统原位观测手段中缺乏对非长程有序结构的确定.利用结晶生长的化学键合理论从热力学和动力学两个方面指导大块晶体的生长实践,合理调控晶体的生长表/界面热力学和动力学.将结晶生长的化学键合理论应用到大尺寸晶体提拉生长参数的设计和优化,成功搭建了大尺寸晶体智能生长系统,并成功生长了φ2″蓝宝石晶体、φ3″YAG晶体和φ4″铌酸锂晶体.     

银凝固过程中亚临界晶核和晶体团簇的分子动力学模拟

用分子动力学模拟方法研究了冷却速度对银最终构型的影响规律．通过分析银的径向分布函数、HA键对和最大晶体团簇中的原子数，确定出了银凝固后形成非晶的冷却速度．在此基础上，研究了周期性边界条件下银在凝固过程中亚临界晶核和晶体团簇的平衡结构．结果表明：在一定的冷却速度范围内，银熔体凝固后得到的组织是晶体团簇与非晶的混合体，最大晶体团簇尺寸随冷速的增加而减小，当冷速达到一个临界值时，晶体团簇完全消失．银熔体在凝固过程中的晶体团簇及结晶后的晶体是由面心立方和密排六方构成的层状偏聚结构．该层状偏聚结构起源于熔体中的晶胚，在形核阶段就已经生成，并非在生长阶段才开始产生．     

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」＾－。     

泡沫油形成过程及其影响因素研究进展

泡沫油是对井口产出泡沫状原油的描述,一些稠油油藏溶解气驱过程中表现出反常的高产和较高的采收率现象,在深层稠油油藏注天然气吞吐过程中也观察到了泡沫油现象,对此有观点认为是由于在特定的油藏开采条件下泡沫油流动的作用。虽然泡沫油被广泛的研究,但是对于泡沫油流动的模拟依然存在困难,泡沫油理论仍然存在争议。本文对传统溶解气驱和稠油油藏泡沫油溶解气驱进行了对比;对目前关于泡沫油形成过程中过饱和、气泡成核、气泡生长以及气泡迁移、合并和破裂等各个阶段及其影响因素的最新研究成果进行了总结,尤其是对存在争议的成核理论进行了对比和总结,以期对泡沫油的形成过程有进一步的认识。     

计算结晶学:铝-尖晶石体结构与生长形态

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,描述晶体生长形态成过程等,阐述了计算结晶学的基体思想与研究方法,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.     

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.     

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.     

基于分形论的霜晶生长模型及计算机模拟

以分形理论的DLA模型为基础建立了霜晶生长的二维模型,并进行计算机模拟．模拟过程中通过改变程序运行循环次数和随机粒子产生的几率从而得到不同条件下霜晶形成及生长过程的模拟图像．利用显微镜对霜晶体的形态进行观察并结合高像素数码相机拍摄到霜晶形成及生长过程中不同时刻的图像．模拟图像与实验图像的对比结果表明两者在形态上取得较好的一致,分形维数相近,从而证实采用程序运行的循环次数来代表霜晶生长时间,通过改变产生随机粒子的几率来模拟霜晶生长过程的密度变化的技术路线是可行的．研究结果表明,用这种分形理论模型模拟霜晶形成及生长过程能够取得较好的效果．论文也对该模型的不足做了客观的分析．     

β-BaB2O4枝蔓晶的形成机理

晶体生长实时观察中发现了BBO晶体的枝蔓晶生长习性. 根据β-BBO晶体生长熔体的激光Raman高温光谱测试的结果, 指出了β-BBO晶体的生长基元为[B₃-O₆]^3-六边环. 随着熔体过冷度的增加, 六边环上的桥氧与Ba²⁺联结构成三联、六联分子. 在低过冷度的熔体中以[B₃-O₆]^3-六边环为主. 由于不同维度的生长基元往晶体m₁{10ī0}和m₂{ī010}各面族的叠合速率是不同的, 所以晶体形态会发生变化, 而且会导致枝蔓晶的形成.     

β-Ga2O3:Cr单晶体的浮区法生长及光学特性

利用浮区法生长得到β-Ga2O3：Cr单晶体．在室温下测试了β-Ga2O3：Cr单晶体的吸收光谱和发射光谱．通过吸收光谱计算了晶体场分裂系数Dq和Racah系数，得到10Dq/B=23．14，表明Cr^3＋在β-Ga2O3晶体中处于较弱的晶体场β-Ga2O3：Cr单晶体经高温退火后Cr^3＋的发射明显加强，而绿光的发射减弱．采用420nm波长激发，在691nm可得到强而宽的特征发射，此发射对应于Cr^3＋的^4T2→^4A2跃迁．     

复合吸剂液相同时脱硫脱硝特性研究

以NaClO2和NaClO溶液为复合吸收剂,在制鼓泡反应上对SO2和NOx吸收特性进行了实验研究.考察了复合吸收剂溶液中NaClO2和NaClO浓度、溶液pH值、反应温度等主要参数对SO2和NOx脱除效率影响,获最佳实验条件为：NaClO2和NaClO摩尔比1：1,溶液pH值5.5,反应温度为50℃.在最佳实验条件下,同时脱硫脱硝效率可分别达100%和89.2%.通过产物分析和相关物种电极电位分析,揭示了复合吸收剂同时脱硫脱硝机理,即复合吸收剂中亚氯酸根离、次氯酸、二氧化氯及氯共同与SO2和NOx发生了氧化吸收反应.热力学研究表明,脱硫脱硝反应均可以发进行,且为放热反应.动力学研究证实,同时脱硫脱硝过程中,SO2反应分级数为1,反应平均活化能为21.6kJmol-1;NO反应分级数为1,反应平均活化能为8.2kJmol-1.     

无偏析碲锌镉单晶体生长过程控制参数的研究

计算模拟了加速坩埚旋转技术Bridgman(ACRT-B)法碲锌镉单晶体生长过程, 研究了ACRT 波形参数对固液界面形状和晶体组分偏析的影响. 计算结果表明: ACRT 波形参数的变化显著影响固液界面凹陷和界面前沿温度梯度增加的幅度, 增加幅度最高可达数倍. 坩埚最大转速的增加不能明显改善晶体的径向组分偏析, 而坩埚加速时间、恒速转动时间和减速时间的变化可以显著影响溶质的偏析行为. 适当的波形参数, ACRT 可以显著地减小晶体的径向组分偏析, 直至为零. 反之, ACRT 可显著增加晶体的径向组分偏析和轴向组分偏析. 调整ACRT 波形参数和生长系统的控制参数, 可以制备溶质组分均匀区占较大比率的单晶体     

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.     

球状晶体的演化和形态稳定性

建立了在过冷熔体中包括表面能、界面动力学和远场来流的球状晶体生长模型, 研究了在小的远场来流引起的熔体对流对球状晶体界面的演化和形态稳定性的影响, 导出了受远场来流作用的界面表达式和扰动振幅的变化率满足的色散关系. 结果表明: 远场来流导致的对流使得正在生长的球状晶体的界面在迎风方向加速生长, 在背风方向减缓生长; 正在衰减的球状晶体的界面在迎风方向加速衰减, 在背风方向减缓衰减. 迎面来流的方向球状晶体的生长和背向来流的方向球状晶体的萎缩使得球状晶体倾向于演变为卵形. 理论结果证实了熔体的对流促进球状晶体的生长和衰减; 界面的稳定性取决于球状晶体半径的某个值, 使得当球状晶体的半径超过临界值Rc时, 球状晶体的生长是不稳定的; 当半径低于临界值Rc时, 球状晶体的生长是稳定的; 表面能和界面动力学系数对于球状晶体的生长有强烈的稳定作用. 同时当界面生长时, 界面动力学系数是界面的稳定性因素; 当界面衰减时, 它是界面的不稳定性因素.     

高压微区流动与聚乙烯伸直链晶体束状成核模型

从分析聚乙烯伸直链晶体形成的动力学条件出发，结合乙基纤维素液晶能诱导聚合烯ＥＣＣ生成和高压结晶试样出现分层现象的流动痕迹的实验事实，得出了高压微压流动是ＥＣＣ形成的重要因素这一迄今未见报道的结论，为ＥＣＣ的束状成核模型找到了动力学基础和实验依据，根据晶核形成一消失是相互转化的随机过程这一特点，讨论了束状成核的生长速率Ｇ和表面成速率Ｊ的数学表达式。     

配位多面体生长机理模型与晶体的生长习性

从阴、阳离子在界面上互相配位的角度介绍一种新的生长机理模型——配位多面体生长机理模型. 指出了生长基元进入晶格的驱动力为离子之间的静电引力,其相对大小由界面上的离子络合母相中一个离子后的静电键强近似测定.讨论了NaCl,ZnS,CaF₂和CsI晶体的生长习性,提出了一种新的生长习性规则. 即当晶体的生长速度由台阶产生速度决定时,晶体的生长习性与晶体结构中配位能力最小的离子在界面上的配位数有关,离子在界面上的配位数越小,该晶面的生长速度越快. 当晶体生长依靠台阶移动速度时,晶体的生长习性与晶体结构中配位能力最小的离子在界面上的密度有关,在界面上离子的密度越小,该晶面的生长速度越快.     

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.     

有机非线性光学晶体DAST及其在太赫兹领域的应用研究进展

主要介绍DAST晶体的基本结构和物理性能参数,几种不同生长方法及基于有机DAST晶体通过光学差频法产生THz波.重点研究了基于DAST晶体利用光学差频法产生太赫兹(THz)波过程中,泵浦光源的双波长调谐范围及光束质量对THz调谐范围及转换效率的影响,及其利用光整流法产生THz波的过程中,泵浦光(飞秒激光的波长、脉冲宽度和能量)对THz脉冲输出能量和转换效率的影响.综合分析影响THz辐射性能的因素及其获得大尺寸高质量晶体的主要挑战.本课题组在系统分析利用自发成核、斜板、籽晶和双温区法生长晶体优缺点的基础上,利用自发成核结合顶部籽晶法生长出高质量、尺寸为25 mm×22 mm×2 mm的晶体.下一步计划从晶体生长和泵浦光束的质量两方面改善THz输出能量及光-THz波转换效率.     

稀土正铁氧体单晶的超快光磁研究进展

<正>交钙钛矿结构ReFeO_3系列稀土正铁氧体材料是一类在近红外波段透明的铁磁材料,近年来关于ReFeO_3的超快自旋重取向及其相干控制的研究时有报道.自旋重取向以及超快磁相变,不仅具有重要的学术价值,同时必将加速超快光磁效应在自旋电子器件中的应用.随着THz技术的不断发展,基于ReFeO_3晶体的交换相互作用的超快光学调控,对磁学的基础研究具有重要的意义.本文结合笔者最近几年的研究工作以及国内外ReFeO_3晶体的超快光磁的研究情况,介绍ReFeO_3晶体超快光磁的研究进展,并对将来该类晶体的生长和光磁研究进行了展望.