水热法生长晶体(精选)
水热生长法
水热法 —— 在高温高压下的过饱和水 溶液中进行结晶的方法。 发明于 1905 年，二次世界大战后得到 迅速发展，至今长盛不衰； 现在用水热法可以生长水晶、刚玉、 方解石、氧化锌以及一系列的硅酸盐、 钨酸盐和石榴石等上百种晶体。
一、温差水热法
生长装置——高压釜，见图7.3.1；
三、生长装置——高压釜
要求：材料耐腐蚀，高温机械性能好，密封结构可靠 1. 制作材料 —— 43CrNi2MoV钢
可承受：200～10000atm, 200~1100℃； 耐腐蚀，化学稳定性好。
2. 釜壁厚度设计（根据：最大剪应力理论）
直径比：
Dw Kd Dn
2 P
例如：(YXl)35º 切型 • 第一个字母 Y 表示石英晶 片在原始位置 ( 即旋转前 的位置)时的厚度沿Y轴方 向； • 第二个字母 X 表示石英晶 片在原始位置时的长度沿 X轴方向； • 第三个字母 l 和角度 35º 表 示石英晶片绕长度逆时针 旋转35º ，如图。
X
Z Z’ 35 O X (b)
同样条件下生长，氢氧化钠溶液所要求的温度梯度比碳 酸钠溶液大得多。
我国生长水晶的条件：
（1）结晶区温度： 330～350℃
控制生长速率，
不可太高，防止开裂，孪晶
溶解区温度：
360～380℃
挡板开口面积： 5％ （2）充满度： （3）压力： 80～85％ 1100～1600kg/cm2
调节PH值，使C↗,R↗. 保证所需的压力
测定了SiO2在纯水中的溶解 度、在碳酸钠溶液中的溶解 度、在氢氧化钠溶液中的溶 解度，如图7.3.2所示。 从图中可以看出， SiO2在纯 水中的溶解度小。 SiO2在碱溶液中的溶解度比 在纯水中的溶解度大一个数 量级。 确定出－ 水晶生长方法 — — 温差水热法！
水热法人工晶体生长的原理及应用_刘菊
当今，在高新技术材料领域中，人工晶体作为一种特种功能材料，在材料学、光学、光电子、医疗生物领域有着广泛的作用。
用于人工晶体生长的方法有多种，如：物理气相沉淀、水热法、低温溶液生长、籽晶提拉、坩埚下降等。
其中水热法晶体生长可以使晶体在非受限的条件下充分生长，可以长出形态各异、结晶完好的晶体而受到广泛应用。
水热法可用于生长各种大的人工晶体，制备超细、无团聚或少团聚、结晶完好的微晶[1]。
适合生长熔点较高，具有包晶反应或非同成分融化，而在常温下又不溶解各种溶剂或溶解后即分解，不能再结晶的晶体材料。
与其他的合成方法相比，水热法合成的晶体具有纯度高、缺陷少，热应力小质量好等特点。
近年来随着科学技术的不断发展，水热法合成技术得到广泛应用，该技术已成功地应用于人工水晶的合成、陶瓷粉末材料的制备和人工宝石的合成等领域。
1水热法晶体生长的基本原理及影响因素1.1晶体生长的基本原理水热法又称热液法，晶体的热液生长是一种在高温高压下过饱和溶液中进行结晶的方法。
它实质上是一种相变过程，即生长基元从周围环境中不断地通过界面而进入晶格座位的过程，水热条件下的晶体生长是在密闭很好的高温高压水溶液中进行的。
利用釜内上下部分的溶液之间存在的温度差，使釜内溶液产生强烈对流，从而将高温区的饱和溶液放入带有籽晶的低温区，形成过饱和溶液。
根据经典的晶体生长理论，水热条件下晶体生长包括以下步骤：（1）营养料在水热介质里溶解，以离子、分子团的形式进入溶液（溶解阶段）；（2）由于体系中存在十分有效的热对流及溶解区和生长之间的浓度差，这些离子、分子或离子团被输运到生长区（输运阶段）；（3）离子、分子或离子团在生长界面上吸附、分解与脱附；（4）吸附物质在界面上的运动；（5）结晶（3、4、5统称为结晶阶段）。
同时利用水热法生长人工晶体时由于采用的主要是溶解—再结晶机理，因此用于晶体生长的各种化合物在水溶液中的溶解度是采用水热法进行晶体生长时必须首先考虑的。
水热法制备二氧化钛纳米晶体
二氧化钛的用途极为广泛 , 目前已经用于化工、 环保、 医药卫生、 电子工业等领域。纳米二氧化钛具 有良好的紫外线吸收能力 , 且具有很好的光催化作 用 , 因 而 可 以 用 做 织 物 的 抗 紫 外 和 抗 菌 的整 理 剂
〔1 〕
寸和形状。同时水热合成中的再结晶过程使得产物 有很高的纯度 , 并且反应中所需的仪器设备较为简 单, 反应过程也较简便
图 3 纳米 T iO2 粒子的粒径与体积分布 、 个数分布图
度和溶液的过饱和度。一般来说 , 在其他条件不变 的情况下 , 晶体的生长速率随水热反应温度的提高 而加快, 反应物的运动加快 , 碰撞机会增加, 导致产 物颗粒粒径增大。因此, 在制备纳米 T iO2 过程中, 反应温度是对粉体粒度、 晶型等特性有着决定作用 的因素之一。 3 . 2 . 2 反应时间 在反应温度为 140 , 分别以 NaOH 、 NH 4 OH 调 节 pH 值 , pH 值为 11 时 , 反应时间对产物颗粒粒径 的影响见图 5 。
由图 3 可知 , 纳米二氧化钛粒子的粒径一般在 10~ 30n m, 纳米 T i O2 个数粒子的粒径分布图中粒径 在 20nm 左右的 T iO2 粒子占 68 % 左右 , 剩下的粒径 在 20~ 30nm。而 在体积粒子粒 径分布图中 , 20nm 左右的粒子占 58 % 左右 , 剩下的粒径在 20~ 30nm。 也有极少部分粒子的粒径在 70~ 600nm。这也说明 了个数粒子粒径分布和体积粒径个数分布在统计中 的区别。出现一些粒径很大的颗粒主要是因为纳米 颗粒在溶液中团聚导致的 , 如果有两个或多个 T i O2 粒子团聚在一起 , 仪器将仍按一个粒子来处理 , 使得
图 4 反应温度对颗粒粒径的 影响
由图 4 可见, 用 NaOH 调节 p H 值时 , 随着反应 温度的升高 , 纳 米晶 体的 尺 寸逐 渐增 大, 120 时 12nm, 140 时 14nm, 160 时 17nm, 且纳米晶体晶 型更加完整。但是温度继续升高 , 纳米晶体的尺寸 不再有很大变化。以 NH 4OH 调节体系 p H 值时, 反 应温度为 120 时生成产物为无定形 , 温度升高, 在 反应温度为 140 时 , 纳米晶体尺 寸为 15nm, 温度 升为 160 时的颗粒粒径为 18n m, 纳米晶体的晶型 也更加完整, 继续升高温度, 颗粒尺寸基本不变。 由于水热合成 T i O2 是在一定的温度和在水的 自生压力 ( 此压力与填充度和水热反应温度有关 ) 下进行的。水热温度决定着结晶活化能、 溶质的浓
水热法合成水晶
水热法合成水晶的工艺
3）生长阶段 加热炉通电加热，将高压釜升温并进行温度调节， 加热炉通电加热，将高压釜升温并进行温度调节，调节到所 需要的温度并控制温差。在生产过程中要保持温度稳定（ 需要的温度并控制温差。在生产过程中要保持温度稳定（一 般保持温度波动在5摄氏度以内）。生长完毕后停炉， ）。生长完毕后停炉 般保持温度波动在5摄氏度以内）。生长完毕后停炉，打开 保湿罩，使上部热量的散失快于下部。 保湿罩，使上部热量的散失快于下部。降温后可将高压釜提 出炉膛。 出炉膛。 4）开釜阶段 当釜体温度降至室温后，便可开釜，取出晶体。 当釜体温度降至室温后，便可开釜，取出晶体。然后倒出残 余溶液和剩余的熔炼石英， 余溶液和剩余的熔炼石英，对生长出的晶体和高压釜进行清 洗和检查。 洗和检查。
水热法合成水晶的基本原理
一般情况下石英石 不溶于水的化合物， 但由于水在过热状 态下所具有的特性， 使得石英在一些特 殊条件下可以被溶 解。 高温高压下石英在 水中的溶解度曲线 见右图
水热法合成水晶的基本原理
在临界温度附近，石英在水中的溶解度很低； 在临界温度附近，石英在水中的溶解度很低；而在较 高的温度和较低的压力条件下， 高的温度和较低的压力条件下，其溶解度具有负的 溶解度温度系数， 溶解度温度系数，这些特性为在纯水系统中生长石 英晶体造成困难。 英晶体造成困难。所以在合成水晶是必须加入一定 量的矿化剂，以改变溶剂的原始成分与性质，才能 量的矿化剂，以改变溶剂的原始成分与性质， 增加SiO 的溶解度。 增加SiO2的溶解度。 下图为不同装满度时，石英在NaOH、 下图为不同装满度时，石英在NaOH、NaCO3溶液及纯水 NaOH 中的溶解度与温度的关系图。 中的溶解度与温度的关系图。
水热法合成水晶
咏水精
水热法生长KBBF单晶
水热法生长KBBF单晶唐鼎元;叶宁;浦小掦;仲维卓【期刊名称】《人工晶体学报》【年(卷),期】2008(37)6【摘要】氟代硼鈹酸钾KBe2BO3F2(KBBF)晶体是至今发现的可相位匹配的倍频波长最短的晶体。
但是,由于该晶体具有很大的面间距,层状生长习性十分明显,因此,至今采用熔盐法生长的晶体厚度较薄,无法按照相位匹配方向切割成倍频器件。
我们尝试了采用水热法生长KBBF晶体并获得了成功。
我们采用水热法已成功地生长出了厚度达10mm以上的透明单晶体。
本文概述了水热法生长KBBF晶体的实验方法和生长条件(如矿化剂种类,温度,压力,温度梯度,充满度,开孔率等)对晶体生长的影响。
最后,用负离子配位多面体生长基元理论模型讨论了晶体的生长机制与形状。
【总页数】4页(P1321-1324)【关键词】KBBF晶体;水热法生长;负离子配位多面体模型【作者】唐鼎元;叶宁;浦小掦;仲维卓【作者单位】中国科学院福建物质结构研究所;中国科学院上海硅酸盐研究所【正文语种】中文【中图分类】O78【相关文献】1.RbBe2 BO 3 F2单晶的水热法生长晶体形态和表面微形貌的研究 [J], 卢福华;刘心宇;李东平;霍汉德2.水热法生长宽禁带氧化锌单晶研究进展 [J], 王金亮;任孟德;左艳彬;何小玲;张昌龙3.水热法生长单晶二氧化钛纳米棒 [J], 汪汉斌;汪宝元;刘向;向晶晶4.磷酸铁锂单晶水热法生长及其表征 [J], 张梦雪;任孟德;王金亮;周海涛;雷威;柳成荫5.水热法生长纯相磷酸铁锂单晶 [J], 任孟德;周海涛;何小玲;张昌龙因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
水热法生长晶体前沿技术
水热法生长晶体新发展姓名：孙帆学号：21101711041摘要：在本篇论文中讲述了水热法晶体生长的基本原理以及水热法应用的最新发展。
水热法在发展中出现了许多新方法，有微波水热法、水热晶化法、水热沉淀法以及其他的一些方法，并且利用这些方法，一些研究者做了一系列的实验并取得了一些成果。
关键词：水热法微波水热法水热晶化法水热沉淀法在现在的高科技领域中，人工晶体作为一种功能材料被广泛用于光学、医疗生物、光电子等领域。
而用于生长晶体的方法多种多样，例如水热法，这是在高温高压下从饱和热水溶液中培养晶体的方法；还有提拉法，是一种直接从熔体中拉出单晶的方法；焰熔法也是晶体生长的一种方法，它是用氢氧火焰熔化粉料并使之结净的方法。
此外还有物理气相沉淀、低温溶液生长、坩埚下降等各种方法，都能够使得晶体生长。
其中水热法晶体生长可以使晶体在非受限的条件下充分生长，能够长出各种形态的、结晶完好的晶体，从而水热法得到了广泛的应用。
1 水热法晶体生长的基本原理水热法又称为水热反应法，它是以水为反应介质，在高压釜内高温高压条件下进行化学反应来制备所需要的晶体的一种方法。
用水热法得到的晶体位错密度较低，可以生长出极少缺陷、去想好、完美的晶体，并且能够合成与开发一系列特种介稳结构、特种凝聚态的新合成产物，此外，水热法晶体具体有较快的生长速率等等优点。
水热法的实质就是一种相变过程，也就是说生长基元从周围环境中不断的通过界面而进入晶格座位的过程，水热条件下的晶体生长是在密闭很好的高温高压水溶液中进行的。
利用釜内上下部分的溶液之间存在的温度差，使釜内溶液产生强烈对流，从而将高温区的饱和溶液放入带有籽晶的低温区，形成过饱和溶液。
水热条件下晶体生长包括以下几个步骤：（1）营养料在水热介质中溶解，以离子、分子团的形式进入溶液（溶解阶段）；（2）由于体系中存在十分有效的热对流及溶解区和生长区之间的浓度差，这些离子、分子或离子团被输运到生长区（输运阶段）；（3）离子、分子或离子团在生长界面上的吸附、分解与脱附；（4）吸附物质在界面上的运动；（5）结晶（（3），（4），（5）统称为结晶阶段）。
水热法生长晶体前沿技术
水热法生长晶体新发展姓名：孙帆学号：041摘要：在本篇论文中讲述了水热法晶体生长的基本原理以及水热法应用的最新发展。
水热法在发展中出现了许多新方法，有微波水热法、水热晶化法、水热沉淀法以及其他的一些方法，并且利用这些方法，一些研究者做了一系列的实验并取得了一些成果。
关键词：水热法微波水热法水热晶化法水热沉淀法在现在的高科技领域中，人工晶体作为一种功能材料被广泛用于光学、医疗生物、光电子等领域。
而用于生长晶体的方法多种多样，例如水热法，这是在高温高压下从饱和热水溶液中培养晶体的方法；还有提拉法，是一种直接从熔体中拉出单晶的方法；焰熔法也是晶体生长的一种方法，它是用氢氧火焰熔化粉料并使之结净的方法。
此外还有物理气相沉淀、低温溶液生长、坩埚下降等各种方法，都能够使得晶体生长。
其中水热法晶体生长可以使晶体在非受限的条件下充分生长，能够长出各种形态的、结晶完好的晶体，从而水热法得到了广泛的应用。
1 水热法晶体生长的基本原理水热法又称为水热反应法，它是以水为反应介质，在高压釜内高温高压条件下进行化学反应来制备所需要的晶体的一种方法。
用水热法得到的晶体位错密度较低，可以生长出极少缺陷、去想好、完美的晶体，并且能够合成与开发一系列特种介稳结构、特种凝聚态的新合成产物，此外，水热法晶体具体有较快的生长速率等等优点。
水热法的实质就是一种相变过程，也就是说生长基元从周围环境中不断的通过界面而进入晶格座位的过程，水热条件下的晶体生长是在密闭很好的高温高压水溶液中进行的。
利用釜内上下部分的溶液之间存在的温度差，使釜内溶液产生强烈对流，从而将高温区的饱和溶液放入带有籽晶的低温区，形成过饱和溶液。
水热条件下晶体生长包括以下几个步骤：（1）营养料在水热介质中溶解，以离子、分子团的形式进入溶液（溶解阶段）；（2）由于体系中存在十分有效的热对流及溶解区和生长区之间的浓度差，这些离子、分子或离子团被输运到生长区（输运阶段）；（3）离子、分子或离子团在生长界面上的吸附、分解与脱附；（4）吸附物质在界面上的运动；（5）结晶（（3），（4），（5）统称为结晶阶段）。
水热法生长晶体
高压釜的高度和直径比
高压釜的直径和高度之比
水热法生长晶体的几个典型实例
α-SiO2晶体的水热生长
生长率 矿化剂 衬套 籽晶 培养料 釜体放大 电清洗
α –AlPO4 晶体的水热生长
祖母绿及彩晶的水热生长
KTiOPO4晶体的水热生长
单筒体
厚度
组合筒体
简单， 可靠， 便于制造和装 启 长周期使用
试验压力 直径与高度之比
高压釜
防腐蚀 溶解度试验用高压釜
双联高压釜装置
特殊用途高压釜装置
研究晶体生长动力学高压釜装置 特殊结构高压釜装置
高压釜防爆系统 高压釜安全检测
加热与温控 压力检测与控制
组合釜体 釜体厚体生长
密封结构 材料
单筒体
厚度
组合筒体
耐腐蚀 高温机械性 能好，温度， 压力
试验压力 直径与高度之比
高压釜
防腐蚀 溶解度试验用高压釜
双联高压釜装置
特殊用途高压釜装置
研究晶体生长动力学高压釜装置 特殊结构高压釜装置
高压釜防爆系统 高压釜安全检测
加热与温控 压力检测与控制
水热法晶体生长
密封结构 材料