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.     

水热条件下晶粒的聚集生长(Ⅱ): 氧化亚铜晶粒生长形态及其稳定能计算

报道了水热法制备氧化亚铜晶粒的实验结果. 大部分晶粒呈长柱状, 间有长柱状晶粒沿某些特定方向联生而成的晶粒, 包括6个线度基本等长的柱状晶粒沿3个相互垂直的方向联生而成的晶粒, 锥面在柱体顶端显露. 这表明在晶粒的形成过程中, 发生了由于某些显露的晶面之间结构相容而使得晶粒取向连生为主要内涵的第2类聚集生长. 从氧化亚铜晶体结构出发, 选定了其生长基元的基本结构单元, 通过各类基元稳定能的计算, 确定正方柱状和三轴生长基元为有利生长基元. 第1类聚集生长在水热条件下晶粒生长过程普遍存在, 但是, 并不是所有的晶粒都能在水热条件下发生第2类聚集生长. 晶粒是否可发生第2类聚集生长取决于其自身的结构.     

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.     

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     

水热法制备氧化锌纤维及纳米粉体

介绍了一种新的水热合成技术－－水热盐溶液卸压技术,并由此技术制得了晶粒粒度仅为５ｎｍ的ＺｎＯ粉体和长径比为１６：１的ＺｎＯ纤维,着重研究了在水热条件下制得的ＺｎＯ粉体的晶粒粒度变化以及ＺｎＯ纤维形成的主要原因,提出了由水热法制备粉体时成核速度是影响晶粒度的主要原因,即成核速度越快,制得的粉体的晶粒粒度越小,纤维的形成与水热反应过程在卸压条件下进行有关;与卸压前粉体的结晶程度有关。     

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.     

极性晶体的生长习性

采用配位多面体生长习性法则研究了极性晶体ZnO ,ZnS和SiO2 的理论生长习性 .发现其正负极轴方向的生长速度不同 .ZnO晶体的理论习性为六方柱状 ,各晶面的生长速度为 :V〈0 0 0 1〉>V〈0 111〉>V〈0 110〉>V〈0 111〉>V〈0 0 0 1〉;ZnS晶体的理论习性为四面体 ,各晶面的生长速度为 :V〈111〉>V〈0 0 1〉=V〈10 0〉=V〈0 10〉>V〈111〉;SiO2 晶体的正负极轴方向的生长速度为V〈112 0〉>V〈112 0〉.此结果与在水热条件下观察到的生长习性符合得相当好 .而PBC理论不能解释正负极轴方向生长速度的差异 .