晶體生長(zhǎng)基礎(chǔ)：Lecture 2 晶體生長(zhǎng)方法簡(jiǎn)介

1、2021/3/11,Ch2 晶體生長(zhǎng)方法簡(jiǎn)介Methods of Crystal growth,2021/3/11,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),Content,2021/3/11,2.1 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),2021/3/11,2.2 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

2、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),2021/3/11,飽和與過(guò)飽和 溶解度-最基本的生長(zhǎng)參數(shù),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,2021/3/11,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。T 為溫度的變化量。K可正可負(fù),溶解度溫度系數(shù)K=W/T,2021/3/11,降溫法

3、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,2021/3/11,1）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,2021/3/11,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)；

4、 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,2021/3/11,KDP（KH2PO4）晶體生長(zhǎng),激光核聚變關(guān)鍵材料,2021/3/11,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,2021/3/11,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),2021/3/11,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)

5、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),2021/3/11,四槽流動(dòng)法生長(zhǎng)裝置KDP晶體,山東大學(xué)獨(dú)創(chuàng)-神光工程,2021/3/11,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),2021/3/11,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,20

6、21/3/11,2021/3/11,稻草變黃金,中國(guó)科技大學(xué)的錢(qián)逸泰等發(fā)明了苯熱法代替水熱法,2021/3/11,中國(guó)科技大學(xué)的錢(qián)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,GaN,2021/3/11,中國(guó)科技大學(xué)的陳乾旺和錢(qián)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,2021/3/11,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

7、,優(yōu)缺點(diǎn),需要特殊的高壓釜和安全保護(hù)措施,2021/3/11,2.3 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(kāi)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,2021/3/11,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,2021/3/11,技術(shù),焰熔法 直拉(Czochralski)法. 布里奇曼(Bridgman)

8、法. 區(qū)熔(floating zone)法. 液封提拉法 (LEC) 其它方法,2021/3/11,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,2021/3/11,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,2021/3/11,直拉(Czochralski，CZ)法,1916年波蘭科學(xué)家Czochralski，為了測(cè)定金屬結(jié)晶

9、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,Jan Czochralski (1885 - 1953,Gordon K. Teal (1908-2003,2021/3/11,2021/3/11,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(chēng)切氏法,2021/3/11,2021/3/11,生長(zhǎng)過(guò)程,2021/3/11,1 熔化 2 穩(wěn)定 3 引晶 4 縮頸 5 放肩 6 等徑,20

10、21/3/11,CaF2 crystal,2021/3/11,/thornton/Teaching/eee435/Lectures/lecture_2.pdf,直拉法生長(zhǎng)硅單晶基本過(guò)程,2021/3/11,The application of this method to silicon ingot growth was first reported by Teal and Buehler in 1952,2021/3/11,Right: 200 mm and 300 mm Si,2021/3/11,雙坩鍋連續(xù)送料 熔體成分調(diào)控 鈮酸鋰(南開(kāi)大學(xué)孔勇發(fā)

11、,物料控制,原料棒送料 大尺寸,2021/3/11,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,2021/3/11,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,2021/3/11,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

12、結(jié)合,對(duì)于在高溫下容易揮發(fā)的材料（InP、GaAs、GaSb,2021/3/11,LEC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,2021/3/11,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,2021/3/11,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(chēng)為Bridgman-Stockbarg

13、er法,Percy Williams Bridgman (1882-1961,Donald C. Stockbarger (1895-1952,2021/3/11,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,2021/3/11,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,2021/3/11,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)

14、 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,2021/3/11,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,2021/3/11,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),2021/3/11,坩鍋下降法裝置實(shí)物

15、照片和內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖,2021/3/11,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(chēng)的。因此，晶體生長(zhǎng)界面也是非軸對(duì)稱(chēng)的，不易保證晶體性能的一致性,2021/3/11,多坩堝晶體生長(zhǎng)方法 4in Li2B4O7 批量生產(chǎn),無(wú)接觸Bridgman法 導(dǎo)熱好碳管作為隔離 制備CdZnTe,2021/3/11,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。 可同時(shí)放入若干個(gè)坩堝進(jìn)行

16、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,2021/3/11,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,2021/3/11,區(qū)熔（zone melting，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),2021/3/11,浮區(qū)法（float

17、 zone, 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,2021/3/11,F1 + F2 = F3 + F4 F1：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,2021/3/11,水平區(qū)熔法,適用于與容器反應(yīng)不嚴(yán)重的體系,2021/3/11,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。 可生長(zhǎng)熔點(diǎn)極高的材料。如：

18、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,2021/3/11,導(dǎo)模法（EFG,狹縫中熔體高度h,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,2021/3/11,2021/3/11,鑄造法,生長(zhǎng)成本較低，具有較高的生產(chǎn)效率,2021/3/11,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

19、利用熔鹽做熔劑(PbO, PbF2, B2O3, KF)，降低熔解溫度,2021/3/11,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),2021/3/11,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,2021/3/11,2.4 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

20、長(zhǎng)體單晶，最主要生長(zhǎng)薄膜單晶,2021/3/11,原理,真空蒸發(fā)鍍膜法 升華法 化學(xué)氣相沉積,技術(shù),2021/3/11,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,2021/3/11,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,2021/3/11,脈沖激光沉積法,2021/3/11,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,2021/3/11,

21、PVT生長(zhǎng)方法,M-Lely法 多晶SiC升華 石墨坩堝20003000K 20hPa Ar Si SiC2 Si2C 冷卻籽晶,2021/3/11,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,2021/3/11,CVD系統(tǒng),2021/3/11,分子束外延法,2021/3/11,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,2021/3/11,固體再結(jié)晶。 主要是依靠在固體材料中的擴(kuò)散，

22、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),2021/3/11,退火消除應(yīng)變、燒結(jié)、退玻璃化的再結(jié)晶,分類(lèi),技術(shù),常規(guī)熱處理、激光熱處理、快速熱處理,2021/3/11,ZnSe,CdTe single crystal grown by SSR under Cd vapor pressure (CTSSR) (centimeter scale,Solid state recrystallization: a promising technique for the growth of semiconductor materials,Mean grain diame

23、ter as a function of time in hours,Cryst. Res. Technol. 38, No. 3 5 (2003,2021/3/11,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),2021/3/11,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),2021/3/11,Ga

24、As crystal obtained during the D2 Spacelab mission by the floating-zone method. The crystal is 20 mm in diameter. By comparison, crystals up to only 6 mm in diameter can be grown by this technique on earth. (Herrmann and Muller, 1995,2021/3/11,Growth of Homogeneous In0.3Ga0.7As Single Crystals in Mi

25、crogravity,2021/3/11,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,2021/3/11,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,2

26、021/3/11,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,2021/3/11,老材料，新技術(shù),2021/3/11,1960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

27、結(jié)構(gòu)極為相似,所以又稱(chēng)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,大塊金屬玻璃,非晶態(tài)合金,2021/3/11,用超高速急冷（冷卻速度可達(dá)1106s）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(chēng)為非晶態(tài)合金，也稱(chēng)作金屬玻璃,2021/3/11,2021/3/11,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,2021/3/11,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(jiàn)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