晶體生長機理的研究綜述

晶體生長機理的研究綜述一、本文概述晶體生長機理的研究是材料科學領(lǐng)域的重要課題，涉及到晶體結(jié)構(gòu)、熱力學、動力學以及界面過程等多個方面。本文旨在綜述晶體生長機理的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，通過深入探討晶體生長的基本原理、影響因素以及控制方法，為晶體生長技術(shù)的優(yōu)化和應用提供理論支持和實踐指導。本文首先介紹了晶體生長的基本概念和研究意義，闡述了晶體生長過程中涉及的主要理論和模型。隨后，綜述了近年來晶體生長機理研究的重要進展，包括晶體生長動力學、熱力學分析、界面過程以及新型晶體生長技術(shù)等方面。在此基礎(chǔ)上，本文還討論了晶體生長機理研究中存在的挑戰(zhàn)和問題，并提出了未來研究的方向和展望。通過本文的綜述，讀者可以全面了解晶體生長機理的最新研究成果和發(fā)展動態(tài)，為相關(guān)領(lǐng)域的科研工作者和工程師提供有益的參考和啟示。本文也希望能夠激發(fā)更多研究者對晶體生長機理的深入探索，推動晶體生長技術(shù)的不斷創(chuàng)新和應用。二、晶體生長的基本理論晶體生長是一個復雜的物理化學過程，涉及到原子、離子或分子的運動、擴散、吸附、結(jié)合和排列等一系列步驟。理解晶體生長的基本理論對于深入研究和控制晶體生長過程至關(guān)重要。晶體生長的熱力學基礎(chǔ)主要是相變理論，它研究物質(zhì)在不同相態(tài)之間的轉(zhuǎn)變以及轉(zhuǎn)變過程中的能量變化。晶體生長是一個從液態(tài)（熔體或溶液）向固態(tài)轉(zhuǎn)變的過程，這個過程需要滿足一定的熱力學條件，如溫度、壓力、濃度等。晶體生長的熱力學研究有助于我們理解晶體生長的驅(qū)動力和限制條件。晶體生長的動力學基礎(chǔ)主要涉及到原子、離子或分子在生長界面的運動、擴散和吸附等過程。這些過程受到溫度、濃度梯度、界面能、表面張力等多種因素的影響。通過動力學研究，我們可以了解晶體生長的速度、生長界面的穩(wěn)定性、生長形貌的演化等關(guān)鍵信息。晶體生長受到多種因素的共同影響，包括溫度、壓力、濃度、雜質(zhì)、攪拌速度等。這些因素通過影響熱力學和動力學過程，進而控制晶體的生長速度、生長形貌、晶體結(jié)構(gòu)等。因此，在晶體生長過程中，需要綜合考慮各種因素的影響，以實現(xiàn)對晶體生長的有效控制。為了描述和預測晶體生長過程，研究者們提出了多種晶體生長模型，如擴散控制模型、界面控制模型、吸附控制模型等。這些模型基于不同的假設和理論，各有其適用范圍和局限性。通過對比和分析這些模型，我們可以更深入地理解晶體生長的本質(zhì)和規(guī)律。晶體生長的基本理論涉及熱力學、動力學、控制因素和生長模型等多個方面。這些理論為我們提供了研究和控制晶體生長過程的基礎(chǔ)和指導。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，我們對晶體生長理論的理解和應用也將不斷深入和完善。三、晶體生長的主要方法晶體生長的方法多種多樣，這些方法的選擇主要依賴于所需晶體的性質(zhì)、生長條件以及應用場景。以下是幾種主要的晶體生長方法。溶液法是一種常用的晶體生長方法，其基本原理是將溶質(zhì)溶解在溶劑中，然后通過降低溫度、蒸發(fā)溶劑、化學反應等手段，使溶質(zhì)在溶液中過飽和，從而析出晶體。溶液法生長晶體具有設備簡單、操作方便、生長速度快等優(yōu)點，但晶體尺寸和形貌的控制較為困難。熔融法是將原料加熱至熔融狀態(tài)，然后通過控制溫度、降溫速度、攪拌等手段，使熔融體中的溶質(zhì)逐漸析出，形成晶體。熔融法適用于高熔點、難溶于溶劑的晶體生長，可以生長出大尺寸、高質(zhì)量的晶體，但設備成本高、操作復雜。氣相法是通過將原料加熱至高溫，使其蒸發(fā)為氣態(tài)，然后在低溫區(qū)域通過化學反應或物理凝結(jié)的方式，使氣態(tài)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為固態(tài)晶體。氣相法適用于生長高純度、高質(zhì)量的晶體，尤其適用于生長薄膜材料和大面積晶體。但氣相法生長速度慢，設備要求高，成本較高。水熱法是在高溫高壓的水熱環(huán)境中，利用水溶液中的化學反應，使溶質(zhì)在水熱介質(zhì)中結(jié)晶析出。水熱法可以生長出具有特殊形貌和性能的晶體，如納米晶體、介孔晶體等。該方法具有反應條件溫和、晶體生長均勻等優(yōu)點，但設備壓力大，操作復雜。模板法是利用模板的限域作用，控制晶體的生長方向和形貌。模板法可以生長出具有特定形貌和結(jié)構(gòu)的晶體，如納米線、納米管等。該方法具有操作簡單、晶體形貌可控等優(yōu)點，但模板的制備和去除過程可能較為繁瑣。以上是晶體生長的幾種主要方法，每種方法都有其特點和適用范圍。在實際應用中，需要根據(jù)具體需求和條件選擇合適的方法。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，新的晶體生長方法也在不斷涌現(xiàn)，為晶體生長領(lǐng)域的研究和應用提供了更廣闊的空間。四、晶體生長機理的研究進展晶體生長機理的研究是材料科學、化學、物理學等領(lǐng)域的重要課題，對于理解晶體生長過程、優(yōu)化晶體生長條件以及開發(fā)新型晶體材料具有重要意義。近年來，隨著科學技術(shù)的不斷進步，晶體生長機理的研究取得了顯著的進展。在理論研究方面，科學家們通過計算模擬和數(shù)學建模等方法，深入探討了晶體生長過程中的原子或分子間的相互作用、能量傳遞、擴散機制等問題。這些研究不僅揭示了晶體生長的內(nèi)在規(guī)律和動力學過程，還為實驗研究提供了重要的理論指導。在實驗研究方面，研究者們利用先進的實驗手段和表征技術(shù)，如掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、原子力顯微鏡等，對晶體生長過程進行了實時觀察和精確測量。這些實驗不僅驗證了理論模型的正確性，還發(fā)現(xiàn)了許多新的晶體生長現(xiàn)象和規(guī)律，為晶體生長機理的深入研究提供了豐富的實驗依據(jù)。在應用研究方面，晶體生長機理的研究成果已廣泛應用于半導體材料、金屬材料、陶瓷材料等領(lǐng)域。通過調(diào)控晶體生長條件，研究者們成功制備出了性能優(yōu)異的新型晶體材料，如高性能單晶硅、高純度金屬鍺等。這些新型晶體材料在電子、通信、航空航天等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，推動了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。未來，隨著科學技術(shù)的不斷進步和創(chuàng)新，晶體生長機理的研究將更加注重跨學科交叉融合，探索更加先進的實驗手段和表征技術(shù)。晶體生長機理的研究成果也將更加深入地應用于實際生產(chǎn)中，為新型晶體材料的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化提供更加堅實的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。五、晶體生長機理研究的挑戰(zhàn)與展望隨著科學技術(shù)的不斷進步，晶體生長機理研究正面臨著越來越多的挑戰(zhàn)和機遇。在挑戰(zhàn)方面，盡管我們已經(jīng)對部分晶體的生長機理有了深入的理解，但仍有大量晶體，尤其是復雜晶體和新型材料的生長機理尚未完全揭示。晶體生長過程中的微觀結(jié)構(gòu)和動力學行為研究仍需要更精細的實驗技術(shù)和更強大的理論支持。在展望方面，未來晶體生長機理的研究將更加注重跨學科的合作與融合。例如，物理學、化學、材料科學、生物學等多個學科的知識和技術(shù)將被廣泛應用于晶體生長機理的研究中。同時，隨著計算機科學和人工智能技術(shù)的發(fā)展，數(shù)值模擬和機器學習等方法將在晶體生長機理研究中發(fā)揮越來越重要的作用。另一方面，新型晶體和復合材料的不斷涌現(xiàn)也為晶體生長機理研究提供了新的研究方向。這些新材料往往具有優(yōu)異的物理、化學和生物性能，其生長機理的研究將對于優(yōu)化材料性能、開發(fā)新型應用具有重要意義。晶體生長機理研究既面臨著挑戰(zhàn)，也充滿了希望。我們相信，在未來的研究中，通過不斷克服挑戰(zhàn)、深化理解，我們將會對晶體生長機理有更加全面和深入的認識，為新材料的發(fā)展和科技進步做出更大的貢獻。六、結(jié)論在本文中，我們對晶體生長機理進行了全面的研究綜述。晶體生長是一個復雜的過程，涉及到多個學科領(lǐng)域的知識，包括物理學、化學、材料科學等。通過深入了解晶體生長的基本原理和影響因素，我們可以更好地控制晶體生長過程，從而得到具有優(yōu)良性能的材料。晶體生長機理主要包括擴散控制生長、界面控制生長和動力學控制生長等幾種類型。這些機理在不同的生長條件下發(fā)揮著重要作用，對晶體的形貌、結(jié)構(gòu)和性能產(chǎn)生深遠影響。因此，深入研究這些機理對于提高晶體生長質(zhì)量具有重要意義。近年來，隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，晶體生長技術(shù)也在不斷進步。新型的生長方法和技術(shù)不斷涌現(xiàn)，如氣相沉積、溶液法等，為晶體生長領(lǐng)域帶來了更廣闊的應用前景。同時，計算機模擬和理論計算等手段也在晶體生長機理研究中發(fā)揮著越來越重要的作用，為我們提供了更加深入的認識和理解。然而，盡管晶體生長機理研究取得了顯著的進展，但仍存在許多挑戰(zhàn)和問題需要解決。例如，如何進一步提高晶體生長速度、降低生長成本、優(yōu)化晶體性能等方面仍需要進一步研究和探索。隨著新材料和新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，晶體生長機理研究也需要不斷更新和完善。晶體生長機理研究是一個充滿挑戰(zhàn)和機遇的領(lǐng)域。通過不斷深入研究和探索新的生長方法和技術(shù)，我們有望為材料科學和工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域帶來更多的創(chuàng)新和突破。參考資料：晶體生長是許多科學領(lǐng)域的重要研究課題，包括材料科學、化學、物理學和生物學等。理解并控制晶體的生長過程對于開發(fā)新的材料和器件，以及優(yōu)化現(xiàn)有材料和過程的性能具有重要意義。本文旨在綜述近年來關(guān)于晶體生長機理的主要研究成果。晶體生長通常涉及原子或分子在能量作用下的遷移和有序排列。這種遷移和排列過程的實現(xiàn)，往往受到溫度、壓力、濃度、電場、磁場等多種因素的影響。這些影響因素的作用力可通過熱力學和動力學理論來描述。結(jié)晶學理論是最早的晶體生長理論，主要通過研究晶體結(jié)構(gòu)和晶體缺陷來解釋晶體生長的機理。這種理論在描述單晶的生長方面非常有效，但在解釋多晶和非晶的生長時存在一些困難。界面過程理論主要晶體的界面行為，包括界面擴散、界面反應等。該理論成功地解釋了許多實驗現(xiàn)象，如界面形態(tài)、界面張力、界面遷移率等。然而，該理論在處理多晶和復雜體系時仍面臨挑戰(zhàn)。分子動力學模擬是一種計算模擬方法，可以詳細地模擬原子的運動和相互作用。這種方法已被廣泛應用于研究晶體生長過程中的原子結(jié)構(gòu)和動力學過程。通過分子動力學模擬，我們可以深入了解原子尺度上的晶體生長機理，從而更好地預測和控制晶體的生長過程。相場方法是描述多相系統(tǒng)的一種有效方法。這種方法通過引入一組相場變量來描述不同物質(zhì)之間的界面，從而能夠準確地模擬復雜系統(tǒng)的相變和界面過程。相場方法已被廣泛應用于研究多晶和非晶的生長過程，以及晶體生長過程中的缺陷和錯位等微觀結(jié)構(gòu)。晶體生長是一個復雜的過程，涉及到許多因素和物理現(xiàn)象。盡管經(jīng)典理論和現(xiàn)代理論都為我們提供了對晶體生長過程的深入理解，但仍有許多挑戰(zhàn)需要進一步解決。例如，我們?nèi)孕枰玫乩斫鈴碗s體系中的多相和多過程相互作用，以及非均勻介質(zhì)中的晶體生長過程等。隨著材料科學和納米科技的快速發(fā)展，對新型低維材料的晶體生長機理的研究也變得越來越重要。未來的研究將需要結(jié)合實驗、理論和計算來進一步揭示這些復雜的物理現(xiàn)象，并進一步優(yōu)化現(xiàn)有材料和工藝。納米晶體材料，由于其獨特的物理和化學性質(zhì)，在現(xiàn)代科技領(lǐng)域中有著廣泛的應用前景。然而，對于這些材料的晶粒生長及變形機理的理解，一直是材料科學家們面臨的挑戰(zhàn)。本文旨在探討納米晶體材料中晶粒生長及變形機理的相關(guān)研究。在納米晶體材料的制備過程中，晶粒的生長是一個關(guān)鍵過程。這個過程受到許多因素的影響，包括溫度、壓力、濃度、反應時間等。晶粒的生長不僅影響材料的結(jié)構(gòu)，還對其性能有著決定性的影響。目前，對于晶粒生長的機理，主要有兩種理論：形核與長大理論和溶質(zhì)拖拽理論。形核與長大理論認為，晶粒是通過原子或分子的聚集形成核心，然后這些核心逐漸長大形成完整的晶粒。而溶質(zhì)拖拽理論則認為，溶質(zhì)在固體晶粒中的擴散和分布對晶粒的生長起著決定性的作用。在納米晶體材料的使用過程中，由于受到外力的作用，晶粒會發(fā)生變形。這種變形行為對于材料的力學性能有著重要的影響。目前，對于晶粒的變形機理，主要有以下幾種理論：位錯滑移理論和晶界滑移理論。位錯滑移理論認為，當晶粒受到外力作用時，位錯會在晶粒內(nèi)部產(chǎn)生并滑移，從而使晶粒發(fā)生變形。而晶界滑移理論則認為，當晶界受到外力作用時，晶界會發(fā)生滑移，從而使整個晶粒發(fā)生變形。盡管對于納米晶體材料的晶粒生長及變形機理已經(jīng)有了一定的理解，但仍有許多問題需要進一步研究。例如，如何更精確地控制晶粒的生長過程，如何理解晶粒變形的微觀機制，如何通過改變材料的制備和加工條件來優(yōu)化其性能等。隨著科技的不斷進步，新的理論和實驗技術(shù)也不斷涌現(xiàn)，為納米晶體材料的研究提供了更多的可能性。例如，利用計算機模擬技術(shù)可以對材料的生長和變形過程進行更精確的模擬和預測；利用先進的顯微技術(shù)可以直接觀察到晶粒的生長和變形的動態(tài)過程。這些新技術(shù)的應用將有助于我們更深入地理解納米晶體材料的晶粒生長及變形機理，從而為優(yōu)化材料的性能提供更有力的支持。納米晶體材料中晶粒生長及變形機理的研究是一個復雜且具有挑戰(zhàn)性的領(lǐng)域。為了更好地應用這些材料，我們需要更深入地理解其生長和變形的機理，并探索出更有效的制備和加工方法。希望通過不斷的努力和研究，我們能更好地利用納米晶體材料的潛力，推動科技的進步。晶體生長是物質(zhì)在特定的物理和化學條件下由氣相、液相或固相形成晶體的過程。人類在數(shù)千年前就會曬鹽和制糖。人工模仿天然礦物并首次合成成功的是剛玉寶石(α氧化鋁)一法國化學家A。維爾納葉約在1890年開始試驗用氫氧焰熔融氧化鋁粉末，以生長寶石，這個方法一直沿用，仍是生長軸承用寶石種裝飾品寶石的主要方法。第二次世界大戰(zhàn)后，由于天然水晶作為戰(zhàn)略物資而引起人們的重視，科學家們又發(fā)明了水熱法生長人工水晶。人們還在超高壓下合成了金剛石，在高溫條件下生長了成分復雜的云母等重要礦物，以補充天然礦物的不足。20世紀50年代。鍺、硅單晶的生長成功，促進了半導體技術(shù)和電子工業(yè)的發(fā)展。20世紀60年代，由于研制出紅寶石和釔鋁石榴石單晶，為激光技術(shù)打下了牢固的基礎(chǔ)。晶體是在物相轉(zhuǎn)變的情況下形成的。物相有三種，即氣相、液相和固相。只有晶體才是真正的固體。由氣相、液相轉(zhuǎn)變成固相時形成晶體，固相之間也可以直接產(chǎn)生轉(zhuǎn)變。晶體生成的一般過程是先生成晶核，而后再逐漸長大。一般認為晶體從液相或氣相中的生長有三個階段：①介質(zhì)達到過飽和、過冷卻階段；②成核階段；③生長階段。在某種介質(zhì)體系中，過飽和、過冷卻狀態(tài)的出現(xiàn)，并不意味著整個體系的同時結(jié)晶。體系內(nèi)各處首先出現(xiàn)瞬時的微細結(jié)晶粒子。這時由于溫度或濃度的局部變化，外部撞擊，或一些雜質(zhì)粒子的影響，都會導致體系中出現(xiàn)局部過飽和度、過冷卻度較高的區(qū)域，使結(jié)晶粒子的大小達到臨界值以上。這種形成結(jié)晶微粒子的作用稱之為成核作用。均勻成核是指在一個體系內(nèi)，各處的成核幾率相等，這要克服相當大的表面能位壘，即需要相當大的過冷卻度才能成核。非均勻成核過程是由于體系中已經(jīng)存在某種不均勻性，例如懸浮的雜質(zhì)微粒，容器壁上凹凸不平等，它們都有效地降低了表面能成核時的位壘，優(yōu)先在這些具有不均勻性的地點形成晶核。因之在過冷卻度很小時亦能局部地成核。在單位時間內(nèi)，單位體積中所形成的核的數(shù)目稱成核速度。它決定于物質(zhì)的過飽和度或過冷卻度。過飽和度和過冷卻度越高，成核速度越大。成核速度還與介質(zhì)的粘度有關(guān)，粘度大會阻礙物質(zhì)的擴散，降低成核速度.晶核形成后，將進一步成長?？迫麪?Kossel，1927)首先提出，后經(jīng)斯特蘭斯基(Stranski)加以發(fā)展的晶體的層生長理論亦稱為科塞爾—斯特蘭斯基理論。它是論述在晶核的光滑表面上生長一層原子面時，質(zhì)點在界面上進入晶格"座位"的最佳位置是具有三面凹入角的位置。質(zhì)點在此位置上與晶核結(jié)合成鍵放出的能量最大。因為每一個來自環(huán)境相的新質(zhì)點在環(huán)境相與新相界面的晶格上就位時，最可能結(jié)合的位置是能量上最有利的位置，即結(jié)合成鍵時應該是成鍵數(shù)目最多，釋放出能量最大的位置。質(zhì)點在生長中的晶體表面上所可能有的各種生長位置：k為曲折面，具有三面凹人角，是最有利的生長位置；其次是S階梯面，具有二面凹入角的位置；最不利的生長位置是A。由此可以得出如下的結(jié)論即晶體在理想情況下生長時，先長一條行列，然后長相鄰的行列。在長滿一層面網(wǎng)后，再開始長第二層面網(wǎng)。晶面(最外的面網(wǎng))是平行向外推移而生長的。這就是晶體的層生長理論，用它可以解釋如下的一些生長現(xiàn)象。2)在晶體生長的過程中，環(huán)境可能有所變化，不同時刻生成的晶體在物性(如顏色)和成分等方面可能有細微的變化，因而在晶體的斷面上常?？梢钥吹綆顦?gòu)造。它表明晶面是平行向外推移生長的。3)由于晶面是向外平行推移生長的，所以同種礦物不同晶體上對應晶面間的夾角不變。4)晶體由小長大，許多晶面向外平行移動的軌跡形成以晶體中心為頂點的錐狀體稱為生長錐或砂鐘狀構(gòu)造。在薄片中常常能看到。然而晶體生長的實際情況要比簡單層生長理論復雜得多。往往一次沉淀在一個晶面上的物質(zhì)層的厚度可達幾萬或幾十萬個分子層。同時亦不一定是一層一層地順序堆積，而是一層尚未長完，又有一個新層開始生長。這樣繼續(xù)生長下去的結(jié)果，使晶體表面不平坦，成為階梯狀稱為晶面階梯。科塞爾理論雖然有其正確的方面，但實際晶體生長過程并非完全按照二維層生長的機制進行的。因為當晶體的一層面網(wǎng)生長完成之后，再在其上開始生長第二層面網(wǎng)時有很大的困難，其原因是已長好的面網(wǎng)對溶液中質(zhì)點的引力較小，不易克服質(zhì)點的熱振動使質(zhì)點就位。因此，在過飽和度或過冷卻度較低的情況下，晶的生長就需要用其它的生長機制加以解釋。在晶體生長過程中，不同晶面的相對生長速度如何，在晶體上哪些晶面發(fā)育，下面介紹有關(guān)這方面的幾種主要理論。早在1855年，法國結(jié)晶學家布拉維(A．Bravis)從晶體具有空間格子構(gòu)造的幾何概念出發(fā)，論述了實際晶面與空間格子構(gòu)造中面網(wǎng)之間的關(guān)系，即實際晶體的晶面常常平行網(wǎng)面結(jié)點密度最大的面網(wǎng)，這就是布拉維法則。布拉維的這一結(jié)論系根據(jù)晶體上不同晶面的相對生長速度與網(wǎng)面上結(jié)點的密度成反比的推論引導而出的。所謂晶面生長速度是指單位時間內(nèi)晶面在其垂直方向上增長的厚度。晶面AB的網(wǎng)面上結(jié)點的密度最大，網(wǎng)面間距也最大，網(wǎng)面對外來質(zhì)點的引力小，生長速度慢，晶面橫向擴展，最終保留在晶體上；CD晶面次之；BC晶面的網(wǎng)面上結(jié)點密度最小，網(wǎng)面間距也就小，網(wǎng)面對外來質(zhì)點引力大，生長速度最快，橫向逐漸縮小以致晶面最終消失；因此，實際晶體上的晶面常是網(wǎng)面上結(jié)點密度較大的面?？傮w看來，布拉維法則闡明了晶面發(fā)育的基本規(guī)律。但由于當時晶體中質(zhì)點的具體排列尚屬未知，布拉維所依據(jù)的僅是由抽象的結(jié)點所組成的空間格子，而非真實的晶體結(jié)構(gòu)。因此，在某些情況下可能會與實際情況產(chǎn)生一些偏離。1937年美國結(jié)晶學家唐內(nèi)—哈克(Donnay－Harker)進一步考慮了晶體構(gòu)造中周期性平移(體現(xiàn)為空間格子)以外的其他對稱要素(如螺旋軸、滑移面)對某些方向面網(wǎng)上結(jié)點密度的影響，從而擴大了布拉維法則的適用范圍。布拉維法則的另一不足之處是，只考慮了晶體的本身，而忽略了生長晶體的介質(zhì)條件。晶體是在物相轉(zhuǎn)變的情況下形成的。物相有三種，即氣相、液相和固相。只有晶體才是真正的固體。由氣相、液相轉(zhuǎn)變成固相時形成晶體，固相之間也可以直接產(chǎn)生轉(zhuǎn)變。(1)從熔體中結(jié)晶當溫度低于熔點時，晶體開始析出，也就是說，只有當熔體過冷卻時晶體才能發(fā)生。如水在溫度低于零攝氏度時結(jié)晶成冰；金屬熔體冷卻到熔點以下結(jié)晶成金屬晶體。(2)從溶液中結(jié)晶當溶液達到過飽和時，才能析出晶體。其方式有：1)溫度降低，如巖漿期后的熱液越遠離巖漿源則溫度將漸次降低，各種礦物晶體陸續(xù)析出；2)水分蒸發(fā)，如天然鹽湖鹵水蒸發(fā)，3)通過化學反應，生成難溶物質(zhì)。決定晶體生長的形態(tài)，內(nèi)因是基本的，而生成時所處的外界環(huán)境對晶體形態(tài)的影響也很大。同一種晶體在不同的條件生長時，晶體形態(tài)是可能有所差別的。現(xiàn)就影響晶體生長的幾種主要的外部因素分述如下。影響晶體生長的外部因素還有很多，如晶體析出的先后次序也影響晶體形態(tài)，先析出者有較多自由空間，晶形完整，成自形晶；較后生長的則形成半自形晶或他形晶。同一種礦物的天然晶體于不同的地質(zhì)條件下形成時，在形態(tài)上、物理性質(zhì)上部可能顯示不同的特征，這些特征標志著晶體的生長環(huán)境，稱為標型特征。把晶體置于不飽和溶液中晶體就開始溶解。由于角頂和棱與溶劑接觸的機會多，所以這些地方溶解得快些，因而晶體可溶成近似球狀。如明礬的八面體溶解后成近于球形的八面體。晶面溶解時，將首先在一些薄弱地方溶解出小凹坑，稱為蝕像。經(jīng)在鏡下觀察，這些蝕象是由各種次生小晶面組成。方解石與白云石(b)晶體上的蝕像。不同網(wǎng)面密度的晶面溶解時，網(wǎng)面密度大的晶面先溶解，因為網(wǎng)面密度大的晶面團面間距大，容易破壞。破壞了的和溶解了的晶體處于合適的環(huán)境又可恢復多面體形態(tài)，稱為晶體的再生如班巖中石英顆粒的再生。溶解和再生不是簡單的相反的現(xiàn)象。晶體溶解時，溶解速度是隨方向逐漸變化的，因而晶體溶解可形成近于球形；晶體再生時，生長速度隨方向的改變而突變，因之晶體又可以恢復成幾何多面體形態(tài)。晶體在自然界的生長往往不是直線型進行的，溶解和再生在自然界常交替出現(xiàn)，使晶體表面呈復雜的形態(tài)。如在晶體上生成一些窄小的晶面，或者在晶面上生成一些特殊的突起和花紋。對天然礦物晶體生長的研究有助于了解礦物、巖石、地質(zhì)體的形成及發(fā)展歷史，并為礦物資源的開發(fā)和利用提供一些有益的啟發(fā)性資料。人工合成品體則不僅可以模擬和解釋天然礦物的形成條件，更重要的是能夠提供現(xiàn)代科學校術(shù)所急需的晶體材料。近年來人工合成晶體實驗技術(shù)迅速發(fā)展，成功地合成了大量重要的晶體材料，如激光材料、半導體材料、磁性材料、人造寶石以及其它多種現(xiàn)代科技所要求的具有特種功能的晶體材料。當前人工合成晶體已成為工業(yè)發(fā)展主要支柱的材料科學中一個重要組成部分。人工合成晶體的主要途徑是從溶液中培養(yǎng)和在高溫高壓下通過同質(zhì)多像的轉(zhuǎn)變來制備(如用石墨制備金剛石)等。具體方法很多，下面簡要介紹幾種最常用的方法。(1)水熱法這是一種在高溫高壓下從過飽和熱水溶液中培養(yǎng)晶體的方法。用這種方法可以合成水晶、剛玉(紅寶石、藍寶石)、綠柱石(祖母綠、海藍寶石)、石榴子石及其它多種硅酸鹽和鎢酸鹽等上百種晶體。晶體的培養(yǎng)是在高壓釜內(nèi)進行的。高壓釜由耐高溫高壓和耐酸堿的特種鋼材制成。上部為結(jié)晶區(qū)，懸掛有籽晶；下部為溶解區(qū)，放置培養(yǎng)晶體的原料，釜內(nèi)填裝溶劑介質(zhì)。由于結(jié)晶區(qū)與溶解區(qū)之間有溫度差(如培養(yǎng)水晶，結(jié)晶區(qū)為330-350℃，溶解區(qū)為360-380℃)而產(chǎn)生對流，將高溫的飽和溶液帶至低溫的結(jié)晶區(qū)形成過飽和析出溶質(zhì)使籽晶生長。溫度降低并已析出了部分溶質(zhì)的溶液又流向下部，溶解培養(yǎng)料，如此循環(huán)往復，使籽晶得以連續(xù)不斷地長大。(2)直拉法這是一種直接從熔體中拉出單晶的方法。熔體置柑塌中，籽晶固定于可以旋轉(zhuǎn)和升降的提拉桿上。降低提拉桿，將籽晶插入熔體，調(diào)節(jié)溫度使籽晶生長。提升提拉桿，使晶體一面生長，一面被慢慢地拉出來。這是從熔體中生長晶體常用的方法。用此法可以拉出多種晶體，如單晶硅、白鎢礦、釔鋁榴石和均勻透明的紅寶石等。(3)焰熔法這是一種用氫氧火焰熔化粉料并使之結(jié)晶的方法。小錘1敲打裝有粉料的料筒2，粉料受振動經(jīng)篩網(wǎng)3而落下，氧經(jīng)入口4進入將粉料下送，5是氫的入口，氫和氧在噴口6處混合燃燒，粉料經(jīng)火焰的高溫而熔化并落于結(jié)晶桿7上，控制桿端