第六章界面模型

第六章界面模型第一頁，共三十六頁，2022年，8月28日6.1界面的平衡形態(tài)6.2鄰位面與臺(tái)階的平衡結(jié)構(gòu)6.3界面結(jié)構(gòu)的理論模型6.4界面運(yùn)動(dòng)學(xué)第二頁，共三十六頁，2022年，8月28日6.1界面的平衡形態(tài)6.1.1固-液界面的微觀結(jié)構(gòu)圖7.1液固界面微觀結(jié)構(gòu)示意圖圖7.2液-固界面照片(a粗糙界面b光滑界面)第三頁，共三十六頁，2022年，8月28日?qǐng)D6.3光滑界面上出現(xiàn)臺(tái)階的3種不同形式圖6.4螺旋生長機(jī)制形成的金字塔形臺(tái)階6.5孿晶面與固液界面交叉形成的溝槽第四頁，共三十六頁，2022年，8月28日6.1.2晶體表面的結(jié)構(gòu)6.6面心立方晶格的低指數(shù)面第五頁，共三十六頁，2022年，8月28日?qǐng)D6.7部分完成的原子級(jí)光滑的晶體表面第六頁，共三十六頁，2022年，8月28日6.1.3界面能極圖與晶體的平衡形態(tài)烏爾夫定理：圖6.8表面能極圖與晶體的平衡外形（二維示意圖）第七頁，共三十六頁，2022年，8月28日6.1.4奇異面、鄰位面和非奇異面6.1.5臺(tái)階與扭曲圖6.9臺(tái)階的平衡結(jié)構(gòu)第八頁，共三十六頁，2022年，8月28日6.2鄰位面與臺(tái)階的平衡結(jié)構(gòu)7.2.1鄰位面的臺(tái)階化圖6.10鄰位面的臺(tái)階化第九頁，共三十六頁，2022年，8月28日臺(tái)階的扭折化圖6.11臺(tái)階的扭折化第十頁，共三十六頁，2022年，8月28日6.3界面結(jié)構(gòu)的理論模型6.3.1完整光滑突變界面模型圖6.12二維臨界晶核的形成第十一頁，共三十六頁，2022年，8月28日6.3.2非完整光滑突變模型圖6.13晶體的位錯(cuò)第十二頁，共三十六頁，2022年，8月28日?qǐng)D6.14螺旋狀生長圖解圖6.15蜷線臺(tái)階的觀察第十三頁，共三十六頁，2022年，8月28日?qǐng)D6.16一對(duì)螺位錯(cuò)連續(xù)產(chǎn)生階圈的過程圖6.17位錯(cuò)的生長丘第十四頁，共三十六頁，2022年，8月28日?qǐng)D6.18單層界面模型6.3.3粗糙突變界面模型第十五頁，共三十六頁，2022年，8月28日?qǐng)D6.19界面的相對(duì)吉布斯自由能關(guān)于x的函數(shù)第十六頁，共三十六頁，2022年，8月28日6.3界面結(jié)構(gòu)的理論模型

6.3.4彌散界面模型模型考慮的界面是四方晶系{001}的面

四方晶系第十七頁，共三十六頁，2022年，8月28日5個(gè)基本假設(shè)圖6.3.4.2多層界面模型第十八頁，共三十六頁，2022年，8月28日光滑界面轉(zhuǎn)變?yōu)榇植诮缑嫦到y(tǒng)吉布斯自由能的變化

——固、流體原子相互轉(zhuǎn)變引起的交換能——界面鍵能改變引起的能量變化——界面組態(tài)熵的改變

第十九頁，共三十六頁，2022年，8月28日平衡狀態(tài)下＝(μｆ－μｓ）/kT

圖7.3.4.3對(duì)同Ｌ0/kTE的系統(tǒng)中，晶相原子的濃度分布(＝０)圖7.3.4.4驅(qū)動(dòng)力對(duì)不同相變熵的系統(tǒng)中界面結(jié)構(gòu)的影響（＞０）Ａ－層狀生長Ｂ－連續(xù)生長第二十頁，共三十六頁，2022年，8月28日物質(zhì)相變熵4/kTE界面總層數(shù)圖7.3.4.３中的符號(hào)0.44620+0.76912○1.8894●3.3102□表１不同4/kTE的系統(tǒng)中界面總層數(shù)第二十一頁，共三十六頁，2022年，8月28日卡恩模型圖7.3.4.５界面自由能在界面連續(xù)移動(dòng)時(shí)的變化第二十二頁，共三十六頁，2022年，8月28日?qǐng)D7.3.4.６卡恩理論關(guān)于熔體生長機(jī)制與過冷度關(guān)系的預(yù)言圖7.3.4.７水楊酸苯酯晶體熔體生長數(shù)據(jù)第二十三頁，共三十六頁，2022年，8月28日7.4界面運(yùn)動(dòng)學(xué)夫蘭克運(yùn)動(dòng)理論臺(tái)階的運(yùn)動(dòng)影響晶體形態(tài)的因素計(jì)算機(jī)模擬第二十四頁，共三十六頁，2022年，8月28日運(yùn)動(dòng)學(xué)定律運(yùn)動(dòng)學(xué)兩個(gè)基本定律圖7.4.1確定晶體形狀演變的運(yùn)動(dòng)學(xué)方法ａ）鄰位面傾角與臺(tái)階密度ｂ）鄰位面法向生長速率的倒數(shù)ｃ）晶體形狀的演變第二十五頁，共三十六頁，2022年，8月28日臺(tái)階運(yùn)動(dòng)

晶體表面觀察到的臺(tái)階是由單原子臺(tái)階合并而成的。圖7.4.2高度達(dá)微米量級(jí)宏觀臺(tái)階第二十六頁，共三十六頁，2022年，8月28日

圖7.4.3晶面上臺(tái)階的運(yùn)動(dòng)密度不變臺(tái)階群的運(yùn)動(dòng)方程

其中，也稱為運(yùn)動(dòng)波速度

第二十七頁，共三十六頁，2022年，8月28日?qǐng)D7.4.4并合階群的運(yùn)動(dòng)(a)包含臺(tái)階的生長著的晶體的截面(b)并合階群接合形成螺線是x-t面內(nèi)直線軌跡的斜率第二十八頁，共三十六頁，2022年，8月28日影響晶體形態(tài)的因素物質(zhì)相變熵的影響表面自由能的影響

吉布斯-烏爾夫生長定律最小表面能原理晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)形態(tài)的影響雜質(zhì)的影響其他布喇菲法則周期鍵鏈理論

第二十九頁，共三十六頁，2022年，8月28日表面自由能的影響吉布斯-烏爾夫生長定律

—第i個(gè)晶面的比表面自由能

—自具有平衡狀態(tài)的晶體中心引向第i個(gè)晶面的垂直距離

第三十頁，共三十六頁，2022年，8月28日晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)形態(tài)的影響布喇菲法則為，當(dāng)晶體生長到最后階段而被保留下來的一些主要晶面，應(yīng)當(dāng)是出現(xiàn)幾率較高，晶面面積也較大，同時(shí)又具有較高的面網(wǎng)密度和較大的面網(wǎng)間距的晶面。

實(shí)際晶體形態(tài)遠(yuǎn)比布喇菲法則推想的復(fù)雜。第三十一頁，共三十六頁，2022年，8月28日周期鍵鏈理論圖7.4.5PBC理論中的三種晶面（A、B、C均為PBC矢量）法向生長速率第三十二頁，共三十六頁，2022年，8月28日雜質(zhì)的影響圖7.4.6溶液的飽和度S及所含雜質(zhì)K3[Fe(CN)6]的濃度對(duì)NaCl晶形影響的關(guān)系圖第三十三頁，共三十六頁，2022年，8月28日計(jì)算機(jī)模擬近年來，采用蒙特卡羅法，用計(jì)算機(jī)模擬實(shí)際晶體生長過程，有效地克服了通常的統(tǒng)計(jì)方法較難考慮生長基元聚集時(shí)對(duì)體系自由能作用的困難，獲得了更接近實(shí)際生長結(jié)果的結(jié)論。第三十四頁，