2024/6/15Ch2晶體生長(zhǎng)方法簡(jiǎn)介

MethodsofCrystalgrowth2024/6/15晶體生長(zhǎng)方法溶液生長(zhǎng)晶體技術(shù)熔體生長(zhǎng)晶體技術(shù)氣相生長(zhǎng)晶體技術(shù)固相生長(zhǎng)晶體技術(shù)Content2024/6/152.1晶體生長(zhǎng)方法液相生長(zhǎng)：溶液中生長(zhǎng)－NaCl、納米材料

熔體中生長(zhǎng)－Si

氣相生長(zhǎng)：GaN、SiC固相生長(zhǎng):石墨－金剛石、燒結(jié)陶瓷超臨界生長(zhǎng)溶液生長(zhǎng)晶體技術(shù)熔體生長(zhǎng)晶體技術(shù)氣相生長(zhǎng)晶體技術(shù)固相生長(zhǎng)晶體技術(shù)2024/6/152.2

溶液生長(zhǎng)晶體技術(shù)定義特征溶解度（大）將溶質(zhì)溶解在溶劑中，然后通過(guò)改變環(huán)境條件，獲得過(guò)飽和溶液，析出溶質(zhì)，形成晶體的方法（培養(yǎng)大尺寸晶體的方法）溶解前軀體，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)合成晶體（現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)室普遍采用）驅(qū)動(dòng)力：化學(xué)勢(shì)2024/6/15飽和與過(guò)飽和溶解度----最基本的生長(zhǎng)參數(shù)。自發(fā)形核（多處）長(zhǎng)成多晶體不自發(fā)形核，若已有晶核便長(zhǎng)大（單晶生長(zhǎng)區(qū)）不形核，不長(zhǎng)大（溶解）恒溫蒸發(fā)法降溫法2024/6/15根據(jù)溶解度曲線的形狀來(lái)選擇用那種方法對(duì)于溶解度較高，但溶解度溫度系數(shù)較小或具有負(fù)溫度系數(shù)的物質(zhì)，宜采用恒溫蒸發(fā)法對(duì)于溶解度和溶解度溫度系數(shù)都比較大的物質(zhì)，采用降溫法較好。實(shí)際上就是溶解度溫度曲線的斜率。其中△W是物質(zhì)在溶劑中溶解的變化量?！鱐為溫度的變化量。K可正可負(fù)。溶解度溫度系數(shù)K=△W/△T2024/6/15

降溫法恒溫蒸發(fā)法循環(huán)流動(dòng)法溫差水熱法其他溶劑生長(zhǎng)過(guò)飽和溶液避免非均勻成核（自發(fā)成核雜質(zhì)）籽晶控制溶液濃度，始終處于亞穩(wěn)過(guò)飽和區(qū)相似性2024/6/15（1）對(duì)溶質(zhì)要有足夠大的溶解度（一般10%～60%范圍）（2）合適的溶劑溫度系數(shù)，最好有正的溶劑溫度系數(shù)（3）有利于晶體生長(zhǎng)（4）純度和穩(wěn)定性要高（5）揮發(fā)性小，粘度和毒性小，價(jià)格便宜。溶劑選擇問(wèn)題水是最常用的溶劑離子液體：導(dǎo)電性、電化學(xué)窗口寬、電池電解液2024/6/15降溫法的基本原理是將原料（溶質(zhì)）溶解在水中，通過(guò)降溫使溶液呈現(xiàn)過(guò)飽和狀態(tài)，使晶體在其中生長(zhǎng)；利用晶體生長(zhǎng)物質(zhì)較大的正溫度系數(shù)(>1.5g/kgoC)；溶液成為過(guò)飽和溶液后，的溶質(zhì)結(jié)晶在籽晶上降溫法2024/6/15KDP（KH2PO4）晶體生長(zhǎng)激光核聚變關(guān)鍵材料2024/6/15恒溫蒸發(fā)法一定溫度和壓力條件下，靠溶劑不斷蒸發(fā)使溶液處于過(guò)飽和狀態(tài)，從而析出晶體適用于生長(zhǎng)溶解度較大而溶解度溫度系數(shù)又很小的物質(zhì)1.底部加熱器2.晶體3.冷凝器4.冷卻水5.虹吸管6.量筒7.接觸控制器8.溫度計(jì)9.水封控制蒸發(fā)量2024/6/15

由于溫度保持恒定，因此晶體的應(yīng)力較小由于很難精確控制蒸發(fā)量，因此很難長(zhǎng)出大塊的晶體優(yōu)缺點(diǎn)2024/6/15循環(huán)流動(dòng)法A.溶解槽；B.過(guò)熱槽；C.生長(zhǎng)槽1.原料；2.過(guò)濾器；3.泵；4.晶體；5.控制器在恒溫條件下，從生長(zhǎng)體系中不斷輸出飽和溶液，同時(shí)不斷輸入過(guò)飽和溶液，這樣使生長(zhǎng)溶液始終處于過(guò)飽和狀態(tài)，從而使晶體不斷生長(zhǎng)。2024/6/15四槽流動(dòng)法生長(zhǎng)裝置KDP晶體山東大學(xué)獨(dú)創(chuàng)-神光工程2024/6/15

生長(zhǎng)溫度和過(guò)飽和度固定，可選擇較低溫度，便于培養(yǎng)大尺寸大批量晶體；保證晶體始終在最有利的生長(zhǎng)溫度和最合適的過(guò)飽和度下恒溫生長(zhǎng)；設(shè)備復(fù)雜優(yōu)缺點(diǎn)2024/6/15利用溶劑在高溫或者高壓會(huì)增加對(duì)溶質(zhì)的溶解度和反應(yīng)速度的特性，來(lái)生長(zhǎng)常溫常壓下不易溶解的晶體。低溫區(qū)向高溫區(qū)流動(dòng)礦化劑：提高溶解度，加速結(jié)晶溫差水熱法水熱法培養(yǎng)晶體裝置2024/6/152024/6/15稻草變黃金中國(guó)科技大學(xué)的錢逸泰等發(fā)明了苯熱法代替水熱法2024/6/15中國(guó)科技大學(xué)的錢逸泰等發(fā)明了苯熱法代替水熱法Li3N和GaCl3在苯溶液中進(jìn)行熱反應(yīng)，于280oC制備出30納米的GaN粒子，這個(gè)溫度比傳統(tǒng)方法的溫度低的多，GaN的產(chǎn)率得到80％。GaN2024/6/15中國(guó)科技大學(xué)的陳乾旺和錢逸泰等將CO2于440oC、800個(gè)大氣壓下Na還原反應(yīng)制備出金剛石。金剛石2024/6/15

可以生長(zhǎng)存在相變（如SiO2）、形成玻璃體、在熔點(diǎn)時(shí)不穩(wěn)定的晶體可生長(zhǎng)接近熔點(diǎn)時(shí)，蒸氣壓（ZnO）高材料要求比熔體生長(zhǎng)的晶體有較高完整性的優(yōu)質(zhì)大晶體優(yōu)缺點(diǎn)需要特殊的高壓釜和安全保護(hù)措施2024/6/152.3熔體生長(zhǎng)晶體技術(shù)

生長(zhǎng)速度快(～cm/h)：生長(zhǎng)速度依靠的是熱輸運(yùn)，而不只是物質(zhì)的輸運(yùn)開啟大尺寸單晶的時(shí)代特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)先熔化成熔體，再生長(zhǎng)成晶體

溫度梯度起確定性作用結(jié)晶物質(zhì)溫度高于熔點(diǎn)，熔化為熔體，溫度低于凝固點(diǎn)，熔體轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶固體。2024/6/15

熔點(diǎn)不能太高材料必須同質(zhì)熔化

(熔化過(guò)程中成分不變)

釔鋁石榴石不能材料熔化前不會(huì)分解

SiC不能材料在室溫和熔點(diǎn)之間不會(huì)發(fā)生相變。

SiO2

不能材料條件2024/6/15技術(shù)

焰熔法直拉(Czochralski)法.

布里奇曼(Bridgman)法.

區(qū)熔(floatingzone)法.

液封提拉法(LEC)

其它方法2024/6/15焰熔(Flame-fusion)法最早的現(xiàn)代人工晶體生長(zhǎng)方法不揮發(fā)氧化高熔點(diǎn)單晶體（寶石、尖晶石、氧化鎳）不適合貴重稀少材料的生長(zhǎng)每年250t藍(lán)寶石和紅寶石2024/6/15加熱形成熔滴控制溫度和原料的量形成籽晶控制溫度、送料速率，晶體長(zhǎng)大用等離子焰和電弧加熱代替不需要坩鍋，降低成本生長(zhǎng)速度快，成本低廉，適于工業(yè)化生產(chǎn)設(shè)備簡(jiǎn)單溫度梯度大，晶體質(zhì)量欠佳2024/6/15直拉(Czochralski，CZ)法1916年波蘭科學(xué)家Czochralski，為了測(cè)定金屬結(jié)晶率，首先用提拉法拉出單晶金屬線；1918來(lái)用來(lái)測(cè)定金屬凝固率1950年Teal等人用來(lái)制備Ge、Si等半導(dǎo)體單晶1951年Buckley對(duì)該方法命名JanCzochralski(1885-1953)GordonK.Teal(1908-2003)2024/6/152024/6/15

經(jīng)過(guò)提純后的原料置于坩堝中，坩堝置于適當(dāng)?shù)臒釄?chǎng)中，加熱熔化原料。提拉籽晶，并一定速度旋轉(zhuǎn)，生長(zhǎng)出符合條件的單晶。真空或者保護(hù)氣環(huán)境

最常用的技術(shù)，又稱切氏法2024/6/152024/6/15生長(zhǎng)過(guò)程2024/6/151熔化2穩(wěn)定3引晶4縮頸5放肩6等徑2024/6/15CaF2crystal2024/6/15/~thornton/Teaching/eee435/Lectures/lecture_2.pdf直拉法生長(zhǎng)硅單晶基本過(guò)程2024/6/15TheapplicationofthismethodtosiliconingotgrowthwasfirstreportedbyTealandBuehlerin1952.2024/6/15Right:200mmand300mmSi2024/6/15

雙坩鍋連續(xù)送料熔體成分調(diào)控鈮酸鋰(南開大學(xué)孔勇發(fā))物料控制

原料棒送料大尺寸2024/6/15熔體導(dǎo)電，實(shí)現(xiàn)流體輸運(yùn)控制結(jié)晶界面形貌、晶體的組分分布、偏析行為的控制電場(chǎng)、磁場(chǎng)控制2024/6/15優(yōu)點(diǎn):

可以較快速度獲得大直徑的單晶可采用“回熔”和“縮頸”工藝可觀察到晶體生長(zhǎng)情況，能有效控制晶體生長(zhǎng)缺點(diǎn):

用坩堝作容器，導(dǎo)致不同程度的污染2024/6/15液封提拉法(LEC)1962年梅茨等人首先發(fā)明

使用透明、惰性的液體層浮于熔體表面起到密封作用的一種拉晶技術(shù)。1965年馬林等人生長(zhǎng)出GaAs、InAs等1968年巴斯等人生長(zhǎng)出InP、GaP等成為制備含揮發(fā)性組元化合物半導(dǎo)體單晶主要技術(shù)一般會(huì)和其它生長(zhǎng)方法相結(jié)合對(duì)于在高溫下容易揮發(fā)的材料（InP、GaAs、GaSb）2024/6/15LEC法生長(zhǎng)GaAs單晶示意圖

熔點(diǎn)低，在生長(zhǎng)溫度成液態(tài)不與熔體和晶體反應(yīng)蒸汽壓低，不易揮發(fā)對(duì)熔體或晶體的溶解度低，不會(huì)通過(guò)密封液向環(huán)境傳輸對(duì)坩鍋無(wú)腐蝕作用選擇合適的密封液是關(guān)鍵2024/6/15

能生長(zhǎng)高的蒸汽壓的材料

B2O3

能阻止熔體和坩堝、保護(hù)氣反應(yīng)優(yōu)點(diǎn):缺點(diǎn):B2O3被“沾污”、低于1000oC太粘稠2024/6/15布里奇曼(Bridgman）法（下降法）1925年由Bridgman首先提出1936年Stockbarger提出相似的方法，又稱為Bridgman-Stockbarger法PercyWilliamsBridgman(1882-1961)DonaldC.Stockbarger(1895-1952)2024/6/15爐子采用管式結(jié)構(gòu)，由加熱區(qū)、梯度區(qū)、冷卻區(qū)組成裝有原料的坩堝，在具有一定的溫度梯度的結(jié)晶爐內(nèi)緩慢下降。熔體便會(huì)在坩堝內(nèi)自下而上結(jié)晶為晶體。溫度梯度大，生長(zhǎng)速率快（應(yīng)力大）

垂直Bridgman法2024/6/15基本過(guò)程1.原料和籽晶置于坩堝中3.生長(zhǎng):通過(guò)移動(dòng)加熱線圈或坩堝，從而使生長(zhǎng)界面向前推進(jìn)2.引晶:部分籽晶熔融2024/6/15基本要求高溫區(qū)溫度盡可能高（高于熔點(diǎn)），但不能太高，防止熔體揮發(fā)低溫區(qū)溫度盡可能低（低于熔點(diǎn)），但不能太低，避免晶體破裂熔體結(jié)晶控制在溫度梯度大的區(qū)域，在散熱板附近高溫區(qū)和低溫區(qū)溫度梯度小，避免在熔體上部結(jié)晶和下部產(chǎn)生較大應(yīng)力。2024/6/15晶核幾何淘汰規(guī)律可以不需要籽晶，利用自發(fā)成核后的幾何淘汰規(guī)律獲得單晶體晶體具有各向異性，假定三個(gè)晶核，只有B的方向是同坩鍋平行A和C核受到B的擠壓而消失。2024/6/15坩鍋選擇材質(zhì)的選擇較高的化學(xué)穩(wěn)定性；足夠高的純度；具有較高的熔點(diǎn)；一定的導(dǎo)熱能力：與晶體材料相匹配的膨脹系數(shù)形狀與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選晶法坩鍋形狀設(shè)計(jì)籽晶法（a）放置籽晶（b）回熔（c）生長(zhǎng)2024/6/15坩鍋下降法裝置實(shí)物照片和內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖2024/6/15水平Bridgman法傾斜Bridgman法重力場(chǎng)與溫度梯度和成分梯度垂直，熱對(duì)流更為劇烈熔體的自由表面與梯度場(chǎng)垂直，熔體表面存在較大的溫度梯度和濃度梯度晶體的傳熱、傳質(zhì)和對(duì)流條件是非軸對(duì)稱的。因此，晶體生長(zhǎng)界面也是非軸對(duì)稱的，不易保證晶體性能的一致性2024/6/15多坩堝晶體生長(zhǎng)方法4inLi2B4O7批量生產(chǎn)無(wú)接觸Bridgman法導(dǎo)熱好碳管作為隔離制備CdZnTe2024/6/15優(yōu)點(diǎn):

操作簡(jiǎn)單，晶體的形狀由容器的形狀決定。原料密封在坩堝中，減少了揮發(fā)造成的影響，能較好地控制晶體的成分?？赏瑫r(shí)放入若干個(gè)坩堝進(jìn)行生長(zhǎng)，提高效率缺點(diǎn):

晶體與坩堝接觸，易引入較大內(nèi)應(yīng)力和較多雜質(zhì)不適宜生長(zhǎng)在冷卻時(shí)體積增大的晶體（具有負(fù)膨脹系數(shù)的材料）很難觀察到晶體生長(zhǎng)過(guò)程2024/6/15應(yīng)用:

熔體中含揮發(fā)性成分的物質(zhì):III-V化合物(GaAs,lnP,GaSb)和II-VI化合物(CdTe).

三元化合物(GaxIn1-xAs,GaxIn1-xSb等)2024/6/15區(qū)熔（zonemelting，ZM）法原料棒局域熔化材料預(yù)制成型，感應(yīng)線圈加熱，熔區(qū)自下而上移動(dòng)，或晶體向下移動(dòng)，逐漸完成整個(gè)結(jié)晶過(guò)程也常用于材料提純坩鍋移動(dòng)加熱器移動(dòng)2024/6/15浮區(qū)法（floatzone,FZ）晶體和多晶原料棒之間的熔區(qū)靠熔體的表面張力維持無(wú)坩鍋的生長(zhǎng)技術(shù)熔點(diǎn)高、表面張力大、蒸汽壓小2024/6/15F1+F2=F3+F4F1：熔區(qū)重力；F2：轉(zhuǎn)動(dòng)離心力F3：表面張力；F4：高頻感應(yīng)形成的磁托力r熔體表面張力；g重力加速度熔區(qū)穩(wěn)定條件表面張力越大，熔區(qū)越長(zhǎng)，離心力（轉(zhuǎn)速）越小，越容易建立穩(wěn)定熔區(qū)方法：選擇密度小，表面張力大的材料，降低轉(zhuǎn)速最大熔區(qū)長(zhǎng)度2024/6/15水平區(qū)熔法適用于與容器反應(yīng)不嚴(yán)重的體系2024/6/15優(yōu)點(diǎn):

特別適宜那些在熔點(diǎn)溫度時(shí)具有非常強(qiáng)的溶解能力（或反應(yīng)活性）的材料?？缮L(zhǎng)熔點(diǎn)極高的材料。如：高熔點(diǎn)的氧化物單晶、碳化物單晶、難熔金屬單晶等無(wú)坩堝污染+雜質(zhì)分凝+蒸發(fā)效應(yīng)→高阻高純單晶缺點(diǎn):

熔體混和不良，晶體徑向均勻性差對(duì)設(shè)備要求較嚴(yán)格小尺寸單晶2024/6/15導(dǎo)模法（EFG）狹縫中熔體高度h？θ接觸角免除加工所帶來(lái)的繁重切割、成型等機(jī)械加工程序大大減少了物料的加工損耗晶體質(zhì)量較差2024/6/152024/6/15鑄造法生長(zhǎng)成本較低，具有較高的生產(chǎn)效率澆鑄法熱交換2024/6/15生長(zhǎng)非常高的熔點(diǎn)的物質(zhì)。非同成分熔化，低溫下出現(xiàn)相變，引起嚴(yán)重應(yīng)力存在高的蒸汽壓，在熔化時(shí)為非配比如:釔鋁石榴石(YIG)的制備熔鹽法選擇原因

高溫下從熔融鹽中生長(zhǎng)晶體的方法利用熔鹽做熔劑(PbO,PbF2,B2O3,KF)，降低熔解溫度2024/6/15適用性很強(qiáng)生長(zhǎng)溫度低熔鹽法生長(zhǎng)晶體的設(shè)備簡(jiǎn)單生長(zhǎng)速度慢，生長(zhǎng)周期長(zhǎng)晶體尺寸較小坩堝和熔鹽對(duì)合成晶體有污染優(yōu)缺點(diǎn)2024/6/15液相外延法將擬生長(zhǎng)的單晶組成物質(zhì)直接熔化或熔化在適當(dāng)?shù)娜軇┲斜３忠后w狀態(tài)，將襯底浸漬在其中，緩慢降溫使熔化狀態(tài)的溶質(zhì)過(guò)飽和，在襯底上析出單晶薄膜。薄膜厚度控制：浸漬時(shí)間過(guò)飽和度2024/6/152.4氣相生長(zhǎng)晶體技術(shù)特點(diǎn)

通過(guò)蒸發(fā)、化學(xué)發(fā)應(yīng)，產(chǎn)生氣體物質(zhì)，再冷凝、沉積或反映成晶體包括物理氣相生長(zhǎng)和化學(xué)氣相生長(zhǎng)溫度低、生長(zhǎng)速率小、易于控制可以生長(zhǎng)體單晶，最主要生長(zhǎng)薄膜單晶2024/6/15原理

真空蒸發(fā)鍍膜法升華法化學(xué)氣相沉積技術(shù)2024/6/15真空蒸發(fā)法

把待鍍膜的襯底置于高真空室內(nèi)通過(guò)加熱室蒸發(fā)材料汽化（或升華），而淀積在保持于一定溫度下的襯底之上，從而形成一層薄膜。蒸發(fā)源的結(jié)構(gòu)：螺旋式(a)、籃式(b)、發(fā)叉式(c)和淺舟式(d)2024/6/15磁控濺射離子在電場(chǎng)作用下加速飛向陰極靶，并以高能量轟擊靶表面，使靶材發(fā)生濺射2024/6/15脈沖激光沉積法2024/6/15升華法

將原料在高溫區(qū)加熱升華成氣相，然后輸運(yùn)到較低的溫度區(qū)，使其成為過(guò)飽和狀態(tài)，經(jīng)過(guò)冷凝成核生長(zhǎng)成晶體。2024/6/15PVT生長(zhǎng)方法M-Lely法多晶SiC升華石墨坩堝2000～3000K20hPaArSiSiC2Si2C冷卻籽晶2024/6/15化學(xué)氣相沉積（CVD）

將金屬的氫化物、鹵化物或金屬有機(jī)物蒸發(fā)成氣相，輸送至使其凝聚的較低溫度帶內(nèi)通過(guò)化學(xué)反應(yīng)，在一定的襯底上淀積，形成所需要的薄膜。2024/6/15CVD系統(tǒng)2024/6/15分子束外延法2024/6/15

所得的薄膜或材料一般純度很高，致密性好，能在較低溫度下制備難熔物質(zhì)優(yōu)點(diǎn):缺點(diǎn)在高溫下反應(yīng)，襯底溫度高，沉積速度較慢反應(yīng)的源氣、余氣都有毒性2024/6/15

固體再結(jié)晶。主要是依靠在固體材料中的擴(kuò)散，使多晶體轉(zhuǎn)變?yōu)閱尉w；非晶體轉(zhuǎn)變成單晶體2.5固相生長(zhǎng)晶體技術(shù)特點(diǎn)：2024/6/15

退火消除應(yīng)變、燒結(jié)、退玻璃化的再結(jié)晶分類技術(shù)常規(guī)熱處理、激光熱處理、快速熱處理2024/6/15ZnSeCdTesinglecrystalgrownbySSRunderCdvaporpressure(CTSSR)(centimeterscale).Solidstaterecrystallization:apromisingtechniqueforthegrowthofsemiconductormaterialsMeangraindiameterasafunctionoftimeinhours.Cryst.Res.Technol.38,No.3–5(2003)2024/6/15

晶體的形狀可事先固定（絲、箔）優(yōu)點(diǎn)

成核密度高，固體中擴(kuò)散速率非常小，難以用此法得到大單晶。缺點(diǎn)2024/6/15微重力下的晶體生長(zhǎng)，由于重力加速度減小而有效的抑制了重力造成的無(wú)規(guī)則熱質(zhì)對(duì)流，從而獲得溶質(zhì)分布高度均勻的晶體；超重力下的晶體生長(zhǎng)，通過(guò)增大重力加速度而加強(qiáng)浮力對(duì)流，當(dāng)浮力對(duì)流增強(qiáng)到一定程度時(shí)，就轉(zhuǎn)化為層流狀態(tài)，即重新層流化，同樣抑制了無(wú)規(guī)則的熱質(zhì)對(duì)流。2.6重力場(chǎng)作用下的晶體生長(zhǎng)技術(shù)2024/6/15GaAscrystalobtainedduringtheD2Spacelabmissionbythefloating-zonemethod.Thecrystalis20mmindiameter.Bycomparison,crystalsuptoonly6mmindiametercanbegrownbythistechniqueonearth.(HerrmannandMuller,1995)2024/6/15GrowthofHomogeneousIn0.3Ga0.7AsSingleCrystalsinMicrogravity

2024/6/15神州二號(hào)飛船

空間晶體生長(zhǎng)過(guò)程實(shí)時(shí)觀察裝置圖

空間高溫溶液內(nèi)，溶質(zhì)擴(kuò)散形貌圖空間高溫溶液內(nèi)表面張力對(duì)流圖象溶質(zhì)的流動(dòng)是以擴(kuò)散為主

2024/6/15空間Li2B4O7溶液升溫時(shí)，KNbO3溶質(zhì)(10wt%)的溶解形貌

空間Li2B4O7溶液里溶質(zhì)KNbO3(20wt%)構(gòu)成胞狀結(jié)構(gòu)的形成和發(fā)展地面Li2B4O7溶液升溫時(shí)，KNbO3溶質(zhì)(10wt%)的溶解形貌

地面Li2B4O7溶液里溶質(zhì)KNbO3(20wt%)構(gòu)成胞狀結(jié)構(gòu)的形成和發(fā)展首次觀察到空間高溫熔質(zhì)的均勻擴(kuò)散現(xiàn)象和表面張力對(duì)流現(xiàn)象首次觀察到空間均勻分配的胞狀結(jié)構(gòu)的形成和發(fā)展.2024/6/15未來(lái)是新科技、新技術(shù)、新材料的世界

－－新材料的制備工藝、檢測(cè)儀器和計(jì)算機(jī)應(yīng)用等是今后新材料科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要內(nèi)容。如－－利用空間失重條件進(jìn)行晶體生長(zhǎng)，利用強(qiáng)磁場(chǎng)、強(qiáng)沖擊波、超高壓、超高真空以及強(qiáng)制冷等手段制備特殊性能的新材料。老材料，新技術(shù)新材料，新技術(shù)新原理，新材料2.7晶體生長(zhǎng)技術(shù)與新材料2024/6/15老材料，新技術(shù)2024/6/15

1960年，美國(guó)科學(xué)家皮·杜威等首先發(fā)現(xiàn)某些液態(tài)貴金屬合金，如金硅合金等在冷卻速度非常快的情況下，當(dāng)金屬內(nèi)部的原子來(lái)不及”理順”位置，仍處于無(wú)序的紊亂狀態(tài)時(shí)，便馬上凝固了，成為非晶態(tài)金屬。這些非晶態(tài)金屬材料的結(jié)構(gòu)與玻璃的結(jié)構(gòu)極為相似,所以又稱為“金屬玻璃”……非晶態(tài)合金制品可以由液體金屬一次直接成型，省去了鑄、鍛等加工工序，而且邊角余料可全部回收，能極大節(jié)省能源和材料?！?/p>

大塊金屬玻璃非晶態(tài)合金

2024/6/15用超高速急冷（冷卻速度可達(dá)1×106℃\s）的方法，來(lái)獲得非晶態(tài)合金。從液態(tài)不經(jīng)過(guò)結(jié)晶過(guò)程就凝固成金屬或合金，內(nèi)部原子仍保持著液態(tài)的無(wú)序狀態(tài)，這種合金或金屬稱為非晶態(tài)合金，也稱作金屬玻璃。2024/6/152024/6/15在功能結(jié)構(gòu)材料方面的應(yīng)用

用于艦船等要求高強(qiáng)度和高耐腐蝕結(jié)構(gòu)件(a)(b)Mg-Ca-Al和Mg-Cu-Y塊體非晶與幾種商業(yè)化Mg基合金的(a)比抗拉強(qiáng)度和(b)抗腐蝕性的比較2024/6/15應(yīng)用：

大塊非晶合金軸承

大塊非晶合金彈丸

在軍工方面做為穿甲彈材料已列入美國(guó)國(guó)防部研究計(jì)劃氣相法生長(zhǎng)納米線最常見的機(jī)理材料的氣相分子在一定溫度下與作為催化劑的熔融態(tài)金屬顆粒形成固熔體。達(dá)到過(guò)飽和后，所需要的材料從催化劑中析出形核。由于氣相分子不斷地進(jìn)入到液態(tài)金屬中溶解、析出，從而使晶體得以生長(zhǎng)。VLS機(jī)理生長(zhǎng)的一個(gè)顯著標(biāo)志，是在獲得的一維納米結(jié)構(gòu)的頂端存在作為催化劑的金屬或合金顆粒。Vapor-Liquid-Solid(VLS)機(jī)理2024/6/15VLS機(jī)理最早是1965年Wagner等人在解釋Si晶須的定向生長(zhǎng)時(shí)提出的。1998年CharlesM.Lieber用于硅納米線的生長(zhǎng)Vapor-Liquid-Solid(VLS)機(jī)理Ge納米線生長(zhǎng)的原位透射電鏡照片通過(guò)催化劑大小控制納米線直徑Vapor-Liquid-Solid(VLS)機(jī)理2024/6/15量子點(diǎn)合成道路高溫化學(xué)反應(yīng)快速形核，緩慢生長(zhǎng)、限制長(zhǎng)大形核和長(zhǎng)大過(guò)程分離Me2Cd+TOPO+TOP(Se)T:200~300oC1993年M