界面结构与运动学理论.ppt

,非平衡材料研究室,西安理工大学,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,界面结构与运动学理论,人工晶体基础研究的重要内容,:,晶体生长机制的研究,界面的微观结构,决定了晶体的生长机制,晶体的生长机制,决定了它所遵循的动力学规律,界面的热力学性质及其结构,界面,:,是指在热力学系统中共存各相的分界面,;,它应包括,:,固,-,液界面、固,-,气界面、固,-,固界面、液,-,气界面和液,-,液界面等,;,与晶体生长有关的界面,:,晶体,-,流体,(,蒸气、溶液、熔体,),界面,;,向流体中不断推移的过程,;,产生：,在流体的亚稳相中一旦有新相出现，必然同时伴有界面产生；,而晶体的生长过程是和界面的性质紧密相关的；,晶体的生长过程实质上就是生长基元从流体相中，不断通过界面而进入晶格座位的过程；,向流体中不断推移的过程;,第三近邻 1/(3b),原子(3)或(5)上添加原子要比在原于(4)上添加有利。,连续长大处处等效，液相原子容易落座，晶体长大容易，晶体连续生长，称之为“连续长大”；,台阶二维晶核，螺型位错，孪晶面；,人工晶体基础研究的重要内容:,与第二近邻A原子将按()n2b比例排斥，n是第二近邻的数目；,(2)晶体内部的每个原子有：,在流体的亚稳相中一旦有新相出现，必然同时伴有界面产生；,在进入晶格座位的过程中又如何受界面结构的制约。,位置(3)：1个最近邻键4个第二近邻键,宏观光滑微观粗糙，非小平面生长。,问题：,生长基元以何种方式以及如何通过界面而进入晶格座位的；,在进入晶格座位的过程中又如何受界面结构的制约。,界面的微观理论研究,:,提出了各种各样的理论和模型,;,很难找到一种对各种晶体、各种生长环境相均适用的统一的理论模型,;,划分界面类型的标准有许多种,:,界面是突变的，还是渐变的；,是光滑的，还是粗糙的；,是完整的，还是非完整的；,是存在有吸附层，还是不存在有吸附层等等。,7.1,界面的平衡形态,第二近邻 1/(2b),连续长大处处等效，液相原子容易落座，晶体长大容易，晶体连续生长，称之为“连续长大”；,其中，b为立方体的边长。,原子是相同的并且紧密排列；,台阶二维晶核，螺型位错，孪晶面；,晶体的生长过程实质上就是生长基元从流体相中，不断通过界面而进入晶格座位的过程；,(3)成键时释放能量：,晶体的生长过程实质上就是生长基元从流体相中，不断通过界面而进入晶格座位的过程；,界面是突变的，还是渐变的；,它应包括:固-液界面、固-气界面、固-固界面、液-气界面和液-液界面等;,原子(3)或(5)上添加原子要比在原于(4)上添加有利。,(1)每一立方块代表一个原子；,在流体的亚稳相中一旦有新相出现，必然同时伴有界面产生；,这一反应可以作为若干亚反应发生。,在进入晶格座位的过程中又如何受界面结构的制约。,晶体的生长过程实质上就是生长基元从流体相中，不断通过界面而进入晶格座位的过程；,位置(3)：1个最近邻键4个第二近邻键,1,微观粗糙界面,7.1.1,固一液界面的微观结构,微观原子尺度；粗糙厚度为几个原子间距的过渡层的固液界面；排列过渡层中固相液相原子交错排列；连续长大处处等效，液相原子容易落座，晶体长大容易，晶体连续生长，称之为“连续长大”；不显示特定晶面界面形貌随温度与溶质浓度分布而定；宏观光滑微观粗糙，非小平面生长。,2,微观光滑界面,微观原子尺度；光滑界面两侧的固液两相是截然分开；排列界面基本上为完整原子密排晶面；侧面长大靠原子沉积在台阶边缘侧面扩展长大；,台阶二维晶核，螺型位错，孪晶面；特定晶面小平面都是密排晶面；宏观粗糙微观光滑，小平面生长，呈曲折的台阶状。,晶体表面的结构,1,界面反应,:,晶体生长，不论是单组分体系还是多组分体系，生长过程中一个重要的阶段是界面反应,;,这一反应可以作为若干亚反应发生。,面心立方结构的,晶体的表面构造,:,2,晶体表面,:,晶面上原子密度的差别，导致不同结晶面吸附性、生长、溶解度及反应活性不同。,(1),每一立方块代表一个原子；原子是相同的并且紧密排列；,(2),晶体内部的每个原子有：,6,个第一近邻，面接触；,12,个第二近邻，棱边接触；,8,个第三近邻，顶角相接触。,(3),成键时释放能量：,位置,(1),：,3,个最近邻键,6,个第二近邻键,位置,(2),：,2,个最近邻键,6,个第二近邻键,位置,(3),：,1,个最近邻键,4,个第二近邻键,位置,(4),：,1,个最近邻键,3,个第二近邻键,位置,(5),：,1,个最近邻键,2,个第二近邻键,原于添加的容易程度,3,原子级光滑理想表面模型,:,(4),键合力（键合力反比于立方体中心距离的平方）,第一近邻,1/b,第二近邻,1/(2b),第三近邻,1/(3b),其中，,b,为立方体的边长。,(5)A,+,B,表面上的添加,A,+,A,+,将与第一近邻,B,能量按,1,b,比例增加；,与第二近邻,A,原子将按,(,)n,2b,比例排斥，,n,是第二近邻的数目；,与第三近邻,B,原子，按,m,3b,成比例吸引，,m,为第三近邻的数目。,如果不考虑远于第三近邻原子的作用，它所释放出的能量为：,式中为比例常数。,原子,(3),、,(4),和,(5):,原子,(3),或,(5),上添加原子要比在原于,(4),上添加有利。,(6),考塞尔假设,假设原子间力比原子间距离的平方减小得快：,因此：,对于极性晶体，原子在开始进入,新,的原子层时，原子,(5),是最有利的位置。,问题：,对于极性晶体，原子在开始进入新的原子层时，原子,(5),是最有利的位置，是否与原子,(1),仍然是能量上最有利的位置，原子,(2),是第二有利位置相矛盾？为什么？,谢谢观看,谢谢观看,