晶体生长过程视频
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晶体材料基础---第九讲 晶体生长方法(1)
由缩颈的速度来调整温度使晶体生长温度达到最适988等径生长当温度调整到最适化时就停止缩颈程序并开始生长晶身生长晶身时不需要靠拉晶装置往上提拉此时只需要以自动方式调降电压值使温度慢慢下降熔体就在坩埚内从籽晶所延伸出来的单晶接口上从上往下慢慢凝固成一整个单晶晶999晶体脱离坩埚程序从重量传感器显示的数据变化可得知晶体是否沾黏到坩埚内壁当熔体在坩埚中凝固形成晶体后晶体周围会黏着坩埚内壁必须在晶体生长完成后使晶体与坩埚内壁分离以利后续之晶体取出
G = -RTln(+1) 溶液生长的关键：控制溶液的过饱和度，使溶液达到过饱和 状态。 使溶液达到过饱和的途径有：
籽晶的培养：配置过饱和溶液，放置在烘箱中，过几天就可 以得到自发成核的小晶粒。
21
1、降温法
基本原理：利用物质较大的正溶解度温度系数，在晶体生长
过程中逐渐降低温度，使析出的溶质不断在籽晶上生长。 适合于溶解度与其温度系数都较大的物质 ( 物质的溶解度温 度系数最好不低于1.5g/1000g 溶液.oC)。 合适的起始温度为60度左右。降温区间以15-20oC为宜。 40℃时，一些物质的溶解度及其温度系数
亚稳区大小可用过饱和度（或过冷度）来估计。 亚稳区的大小既与结晶物质的本性有关，也容易受外界条 件的影响，如搅拌、振动、温度、杂质等。 不同物质溶液的亚稳区差别相当大。 过饱和度的表示方式： 浓度驱动力: c = c-c* 过饱和比: s = c/c* 过饱和度 或相对过饱和度 = c /c* = s -1 ——结晶过程的驱动力
5
一、溶液和溶解度 1、溶液和溶液浓度
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
溶液：
由两种或两种以上物质所组成的均匀混合体系称为溶液。
由溶质和溶剂组成。
G = -RTln(+1) 溶液生长的关键：控制溶液的过饱和度，使溶液达到过饱和 状态。 使溶液达到过饱和的途径有：
籽晶的培养：配置过饱和溶液，放置在烘箱中，过几天就可 以得到自发成核的小晶粒。
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1、降温法
基本原理：利用物质较大的正溶解度温度系数，在晶体生长
过程中逐渐降低温度，使析出的溶质不断在籽晶上生长。 适合于溶解度与其温度系数都较大的物质 ( 物质的溶解度温 度系数最好不低于1.5g/1000g 溶液.oC)。 合适的起始温度为60度左右。降温区间以15-20oC为宜。 40℃时，一些物质的溶解度及其温度系数
亚稳区大小可用过饱和度（或过冷度）来估计。 亚稳区的大小既与结晶物质的本性有关，也容易受外界条 件的影响，如搅拌、振动、温度、杂质等。 不同物质溶液的亚稳区差别相当大。 过饱和度的表示方式： 浓度驱动力: c = c-c* 过饱和比: s = c/c* 过饱和度 或相对过饱和度 = c /c* = s -1 ——结晶过程的驱动力
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一、溶液和溶解度 1、溶液和溶液浓度
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
溶液：
由两种或两种以上物质所组成的均匀混合体系称为溶液。
由溶质和溶剂组成。
晶体生长技术
对于具有负温度系数或其溶解度温度系数较小的材料，可以使溶液保持恒温，并且不断地从育晶器中移去溶 剂而使晶体生长，采用这种办法结晶的叫蒸发法。很多功能晶体如磷酸二氢钾、β碘酸锂等均由水溶液法生长而 得。
在高温高压下，通过各种碱性或酸性的水溶液使材料溶解而达到过饱和进而析晶的生长晶体方法叫水热生长 法。这个方法主要用来合成水晶，其他晶体如刚玉、方解石、蓝石棉以及很多氧化物单晶都可以用这个方法生成。 水热法生长的关键设备是高压釜，它是由耐高温、高压的钢材制成。它通过自紧式或非自紧式的密封结构使水热 生长保持在200～1000°C的高温及1000～10000大气压的高压下进行。培养晶体所需的原材料放在高压釜内温度 稍高的底部，而籽晶则悬挂在温度稍低的上部。由于高压釜内盛装一定充满度的溶液，更由于溶液上下部分的温 差，下部的饱和溶液通过对流而被带到上部，进而由于温度低而形成过饱和析晶于籽晶上。被析出溶质的溶液又 流向下部高温区而溶解培养料。水热合成就是通过这样的循环往复而生长晶体。
气相外延 材料在气相状况下沉积在单晶基片上，这种生长单晶薄膜的方法叫气相外延法，气相外延有开管 和闭管两种方式，半导体制备中的硅外延和砷化镓外延，多半采用开管外延方式。
液相外延 将用于外延的材料溶解在溶液中，使达到饱和，然后将单晶基片浸泡在这溶液中，再使溶液达到 过饱和，这就导致材料不断地在基片上析出结晶。控制结晶层的厚度得到新的单晶薄膜。这样的工艺过程称为液 相外延。这方法的优点是操作简单，生长温度较低，速率也较快，但在生长过程中很难控制杂质浓度的梯度等。 半导体材料砷化镓的外延层，磁泡材料石榴石薄膜生长，多半用这种方法。
这个方法是指在高温下把晶体原材料溶解于能在较低温熔融的盐溶剂中，形成均匀的饱和溶液，故又称熔盐 法。通过缓慢降温或其他办法，形成过饱和溶液而析出晶体。它类似于一般的溶液生长晶体。对很多高熔点的氧 化物或具有高蒸发气压的材料，都可以用此方法来生长晶体。这方法的优点是生长时所需的温度较低。此外对一 些具有非同成分熔化（包晶反应）或由高温冷却时出现相变的材料，都可以用这方法长好晶体。BaTiO3晶体及 Y3Fe5O12晶体的生长成功，都是此方法的代表性实例，使用此法要注意溶质与助熔剂之间的相平衡问题。
在高温高压下，通过各种碱性或酸性的水溶液使材料溶解而达到过饱和进而析晶的生长晶体方法叫水热生长 法。这个方法主要用来合成水晶，其他晶体如刚玉、方解石、蓝石棉以及很多氧化物单晶都可以用这个方法生成。 水热法生长的关键设备是高压釜，它是由耐高温、高压的钢材制成。它通过自紧式或非自紧式的密封结构使水热 生长保持在200～1000°C的高温及1000～10000大气压的高压下进行。培养晶体所需的原材料放在高压釜内温度 稍高的底部，而籽晶则悬挂在温度稍低的上部。由于高压釜内盛装一定充满度的溶液，更由于溶液上下部分的温 差，下部的饱和溶液通过对流而被带到上部，进而由于温度低而形成过饱和析晶于籽晶上。被析出溶质的溶液又 流向下部高温区而溶解培养料。水热合成就是通过这样的循环往复而生长晶体。
气相外延 材料在气相状况下沉积在单晶基片上，这种生长单晶薄膜的方法叫气相外延法，气相外延有开管 和闭管两种方式，半导体制备中的硅外延和砷化镓外延，多半采用开管外延方式。
液相外延 将用于外延的材料溶解在溶液中，使达到饱和，然后将单晶基片浸泡在这溶液中，再使溶液达到 过饱和，这就导致材料不断地在基片上析出结晶。控制结晶层的厚度得到新的单晶薄膜。这样的工艺过程称为液 相外延。这方法的优点是操作简单，生长温度较低，速率也较快，但在生长过程中很难控制杂质浓度的梯度等。 半导体材料砷化镓的外延层，磁泡材料石榴石薄膜生长，多半用这种方法。
这个方法是指在高温下把晶体原材料溶解于能在较低温熔融的盐溶剂中，形成均匀的饱和溶液，故又称熔盐 法。通过缓慢降温或其他办法，形成过饱和溶液而析出晶体。它类似于一般的溶液生长晶体。对很多高熔点的氧 化物或具有高蒸发气压的材料，都可以用此方法来生长晶体。这方法的优点是生长时所需的温度较低。此外对一 些具有非同成分熔化（包晶反应）或由高温冷却时出现相变的材料，都可以用这方法长好晶体。BaTiO3晶体及 Y3Fe5O12晶体的生长成功，都是此方法的代表性实例，使用此法要注意溶质与助熔剂之间的相平衡问题。
七、晶体的成核与生长汇总.
第八章晶体的成核与生长第章1称为过冷度。
，，表明系统必须过冷却，相变过程才能自发进行；相变自发进行：对于气体，需P＞P0，过饱和蒸气压差ΔP是凝聚相变的推动力；对于溶液，则需c＞c0，过饱和浓度Δc是液相发生相变的推动力。
总结：相变过程的推动力是过冷度（恒压）、过饱和蒸气总结相变过程的推动力是过冷度（恒压）过饱和蒸气压（恒温）、过饱和浓度（恒温恒压）。
6＝0.15—0.25T 0T 7的函数。
2．讨论：当ΔT 较小时，ΔG 2增大而增大并始终为正值图中曲线体积自由能r 增大而增大并始终为正值；较大时当ΔT 较大时，温度1)晶核较大(r>r k ，核稳定存在，且随核稳定存在值越小表示新相越易形成3.分析：（2）在相变过程中，T 和都是（1）r k 值越小，表示新相越易形成；0γ正值，析晶相变时为放热过程ΔH<0，则必须有ΔT>0；（3）降低晶核的界面能γ和增加均可使值减小相变热ΔH ，均可使r k 值减小，有利于新相形成；11二、液-固相变过程动力学液固相变过程动力学1、晶核形成过程动力学核化过程分为均匀成核与非均匀成核二类。
均匀成核——晶核从均匀的单相熔体中由于热起伏而中产生，几率处处相同；非均匀成核——借助于表面、界面、微粒裂纹、容器壁以及各种催化位置等形成晶核的过程。
13临界晶核周界上的原子或分子数。
讨论：成核速率I ν与温度的关系①当温度降低增大（保持在较小范围）此时可忽略1G ∝∆①当温度降低，ΔT 增大（保持在较小范围），此时ΔG m 可忽略。
I I vD2Tk ∆vP即成核势垒降低，成核速率增加；②I ν达到最大值后:温度继续下降，ΔT 较大，液相粘度T成核速率与温度关系图增加，使∆G m 会增加，质点迁移速率下降，导致成核速率降低。
16172)．非均匀成核非均匀成核熔体具有过冷度或过饱和度后不能即成核的主熔体具有过冷度或过饱和度后不能立即成核的要原因是成核时形成液-固相界面需要能量。
神奇的晶体生长晶体生长实验
神奇的晶体生长晶体生长实验神奇的晶体生长晶体生长实验晶体是由高度有序排列的原子、离子或分子组成的固体结构，其形成过程被称为晶体生长。
晶体生长实验是一项有趣而具有启发性的科学实验，通过观察晶体的生长过程，我们可以了解晶体的结构和特性，并深入探索晶体在自然界中的广泛应用。
一、实验材料1. 去离子水：用于制备晶体溶液的无杂质水。
2. 晶体原料：可供选择的晶体原料有许多，如硫酸铜、硫酸钾、硫酸镁等。
根据实验的目的和需求，选择适合的晶体原料。
3. 试管或容器：用于装载晶体溶液并观察晶体生长的容器。
4. 温度控制设备：如恒温水浴或恒温培养箱，用于调控晶体生长环境的温度。
二、实验步骤1. 准备晶体溶液：将晶体原料加入去离子水中，搅拌溶解，直到形成均匀的溶液。
溶解度的调节是实验成功的关键，可以根据需要适量增加或减少晶体原料的浓度。
2. 装载晶体溶液：将准备好的晶体溶液倒入试管或容器中。
注意避免溶液中的气泡，因为气泡会干扰晶体的生长过程。
3. 控制生长条件：将试管或容器放置在温度控制设备中，并设置适宜的温度。
温度对晶体的生长速度和结构具有重要影响，不同的晶体原料可能需要不同的温度条件。
4. 观察和记录：开始晶体生长后，耐心观察晶体的变化过程。
记录晶体的颜色、形状、尺寸和生长速度等信息。
可以使用显微镜来观察微小晶体的细节。
5. 结晶收集：当晶体大小和形状满足实验要求时，可以将晶体从溶液中取出。
使用滤纸或其他适当工具将晶体轻轻取出并晾干。
三、实验注意事项1. 实验室安全：进行晶体生长实验时，要遵循实验室安全规范，穿戴安全防护用具，确保实验过程安全。
2. 温度控制：控制实验环境的温度是成功进行晶体生长实验的关键之一，确保温度稳定和准确。
3. 晶体溶解度：根据需要调节晶体原料的浓度，以确保适当的晶体生长速度。
4. 耐心和细心：晶体生长是一个缓慢而有耐心的过程，要仔细观察和记录晶体的变化，以获取准确的实验结果。
四、应用与展望晶体生长实验不仅仅是一项科学实验，还具有广泛的应用和发展前景。
晶体生长机理PPT课件
西安理工大学
非平衡材料研究室
• A single molecule is denoted by C60 .
西安理工大学
非平衡材料研究室
• Each molecule is composed of groups of carbon atoms that are bonded to one another to form both hexagon (six-carbon atom) and pentagon (five-carbon atom) geometrical configurations.
• 应用：
滤波器、谐振器、光偏转器、测压元件等。
西安理工大学
非平衡材料研究室
（8）闪烁晶体
• 定义：
当射线或放射性粒子通过晶体时，晶体会 发出荧光脉冲，这类晶体为闪烁晶体。
• 应用：
核医学、核技术、空间物理等。
西安理工大学
非平衡材料研究室
（9）半导体晶体
• 定义：
电阻率处于导电体（10 - 5 .cm）和绝缘 体（1010 .cm ）之间的晶体为半导体晶体。
• 应用：
光通讯、光开关、大屏幕显示、光储存、 光雷达和光计算机等。
西安理工大学
非平衡材料研究室
• 要求：
在使用的波长范围内，对光的吸收和散射要小、 电阻率要大、介电损耗角要小、化学稳定、机械和 热性能好、半波电压低等。
西安理工大学
非平衡材料研究室
（4）声光晶体
• 定义：
超声波通过晶体时，在晶体中产生随时间变化 的压缩和膨胀区域，使晶体的折射率发生周期性变 化，形成超声导致的折射率光栅，当光通过折射率 周期性变化的晶体时，将受到光栅的衍射，产生声 光相互作用。这类晶体为声光晶体。
非平衡材料研究室
• A single molecule is denoted by C60 .
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非平衡材料研究室
• Each molecule is composed of groups of carbon atoms that are bonded to one another to form both hexagon (six-carbon atom) and pentagon (five-carbon atom) geometrical configurations.
• 应用：
滤波器、谐振器、光偏转器、测压元件等。
西安理工大学
非平衡材料研究室
（8）闪烁晶体
• 定义：
当射线或放射性粒子通过晶体时，晶体会 发出荧光脉冲，这类晶体为闪烁晶体。
• 应用：
核医学、核技术、空间物理等。
西安理工大学
非平衡材料研究室
（9）半导体晶体
• 定义：
电阻率处于导电体（10 - 5 .cm）和绝缘 体（1010 .cm ）之间的晶体为半导体晶体。
• 应用：
光通讯、光开关、大屏幕显示、光储存、 光雷达和光计算机等。
西安理工大学
非平衡材料研究室
• 要求：
在使用的波长范围内，对光的吸收和散射要小、 电阻率要大、介电损耗角要小、化学稳定、机械和 热性能好、半波电压低等。
西安理工大学
非平衡材料研究室
（4）声光晶体
• 定义：
超声波通过晶体时，在晶体中产生随时间变化 的压缩和膨胀区域，使晶体的折射率发生周期性变 化，形成超声导致的折射率光栅，当光通过折射率 周期性变化的晶体时，将受到光栅的衍射，产生声 光相互作用。这类晶体为声光晶体。
晶体的生长机理及生长速度
这种晶体棱角分明,称为多面体晶体，其生长方式称为小平面生长。 以粗糙界面长大形成表面光滑的晶体则称为非多面体晶体。
3 晶体的长大
晶核形成以后，通过生长完成其结晶过程。 晶体生长是液相中原子不断向晶体表面堆砌的过程，也是固－液界面不断向液相
中推移的过程。
界面处固、液两相体积自由能的差值ΔGV构成了晶体生长的驱动力，
影响曲线形状的因素是α，α值在2~3之间曲线的形状产生质的变化。
α≤2时，ΔFS/NKTm对任何取值皆为负值， 表明液态中原子可以任何充填率x向界面上沉积。
在X=0.5处ΔFS/NKTm达到极小值，即在表面层内沉积50%个左右原子时固/ 液界面层最稳定，
生长速率R与动力学过冷度的关系：
R
e b TK
2
其中 μ2，b — 为动力学常数； ΔTK — 动力学过冷度。
当ΔTK低于某临界值时，R几乎为零； 一旦超过该值，R急剧地大。
此临界值约为1～2 K，比连续生长所需的过冷度约大两个数量级。
由于二维晶核各生长表面在长大过程中始终保持平整，最后形成的晶体是以许多 小平面为生长表面的多面体。 粗糙的外表面
Ti
)
)
u
1 6
N
exp( Q k Ti
) AF
exp(
L(T0 k
Ti
Ti
)
)
由此可见：
1)只有当Ti<T0，并满足 AF exp( GV / kTi ) 或 ΔGV > ( ln AF )kTi 时，才有u>0，
即： 只有当界面处于过冷状态并使相变驱动力足以克服热力学能障
( ln AF )kTi 时晶体才能生长。
H U pV
从液态转变为固态，其体积变化ΔV很小，可以认为ΔV=0 。
3 晶体的长大
晶核形成以后，通过生长完成其结晶过程。 晶体生长是液相中原子不断向晶体表面堆砌的过程，也是固－液界面不断向液相
中推移的过程。
界面处固、液两相体积自由能的差值ΔGV构成了晶体生长的驱动力，
影响曲线形状的因素是α，α值在2~3之间曲线的形状产生质的变化。
α≤2时，ΔFS/NKTm对任何取值皆为负值， 表明液态中原子可以任何充填率x向界面上沉积。
在X=0.5处ΔFS/NKTm达到极小值，即在表面层内沉积50%个左右原子时固/ 液界面层最稳定，
生长速率R与动力学过冷度的关系：
R
e b TK
2
其中 μ2，b — 为动力学常数； ΔTK — 动力学过冷度。
当ΔTK低于某临界值时，R几乎为零； 一旦超过该值，R急剧地大。
此临界值约为1～2 K，比连续生长所需的过冷度约大两个数量级。
由于二维晶核各生长表面在长大过程中始终保持平整，最后形成的晶体是以许多 小平面为生长表面的多面体。 粗糙的外表面
Ti
)
)
u
1 6
N
exp( Q k Ti
) AF
exp(
L(T0 k
Ti
Ti
)
)
由此可见：
1)只有当Ti<T0，并满足 AF exp( GV / kTi ) 或 ΔGV > ( ln AF )kTi 时，才有u>0，
即： 只有当界面处于过冷状态并使相变驱动力足以克服热力学能障
( ln AF )kTi 时晶体才能生长。
H U pV
从液态转变为固态，其体积变化ΔV很小，可以认为ΔV=0 。
晶体生长的基本规律PPT参考课件
缺点：组分多，影响因素多，生长速度慢，周期长。
具体方法很多，比如降温法，蒸发法。
43
2、高温溶液法
• 原理：高温下从溶液或熔融盐溶剂中生长晶体，可以使 溶质相在远低于熔点的温度下进行。
• 优点(1)适用性强。只要找到适当的助熔剂，就能生长 晶体。
• （2）许多难熔化合物或在熔点极易挥发或高温有相变， 不能直接从熔体中生长优质单晶，助熔剂法由于温度低， 显示出独特的能力。
45
• 缓冷法 高温下，在晶体材料 全部熔融于助熔剂后， 缓慢降温冷却，使晶 体从饱和熔体中自发 成核并逐渐成长的方 法。
46
3、熔融法
• 从熔体中生长晶体是制备大单晶和特定形状单晶 最常用和最重要的一种方法。
• 原理：将生长晶体的原料熔化，在一定条件下使 其凝固，变成单晶。
• 优点：具有生长速度快，晶体的纯度和完整性高 等特点。
4)重结晶－小晶体长大的过程，有液体参与
5)脱玻化－非晶体自发地转化成晶体
6
§2.2晶核的形成
晶体形成的一般过程是先生成晶核，而后再逐渐长大。
晶核：从结晶母相中析出，并达到某个临界大 小，从而得以继续成长的结晶相微粒。
成核作用：形成晶核的过程。
7
以过饱和溶液情况为例，说明成核作用的过程
晶体成核过程示意图
饱和比等。 • 主要分为： • 物理气相沉积：用物理凝聚的方法将多晶原料经过气相转
为单晶，如升华法。 • 化学气相沉积：通过化学过程将多晶原料经过气相转为单
晶，气体合成法。
49
• 升华法： • 在高温区将材料升华，
然后输送到冷凝区成为 饱和蒸气，经过冷凝成 晶体。 • 升华法生长速度慢，应 用于生长小块晶体，薄 膜或晶须。
晶体的生长
形成一个半径为r的球形晶胚 时，体系的总自由能的变化：
G GS GV 4 3 G 4 r r gV 3
2
—
单位表面积的表面能；
g V — 形成单位体积晶胚的自由能改变量；
G GS GV 4 3 G 4 r r gV 3
2
临界半径
1. r<r*的晶胚，消失的几率大于 长大的几率； 2. r=r* 晶胚长大与消失的几率相 等；（临界晶核） 3. r*<r<r0 晶胚长大的几率大于 消失的几率；（r增大使体系 的自由能降低，但是ΔG>0， 晶胚不稳定;亚稳晶核）
稳定半径
4. r>r0 ΔG<0 晶胚能稳定长核
G GS GV 4 3 G 4 r r gV 3
2
非均匀成核
* G非均 G* 均 f ( )
过饱和度、过冷度大，ΔgV 就大，相应的r*、ΔG*就小， 容易均匀成核。 制备微晶
通过籽晶、衬底来控制。
制备单晶
4、晶核的长大
旧相原子进入晶体格点成为晶体相的过程。 1）完整突变光滑面生 长模型（W. Kossel 模 型） 当晶体表面上一层原子 尚未完全生长完成时， 下一个原子应生长在晶 格的什么位置？ 当晶体表面上一层原子 已经生长完成时，下一 个原子应生长在晶表面 的什么位置？
2）非完整突变光滑面模型 （Frank模型；螺旋位错生长模型） 在生长晶面上，螺旋位错 露头点可作为晶体生长的 台阶源，当原子在台阶处 生长，台阶就螺旋向前推 进，晶体就螺旋形的生长。
由于螺位错露头点是固定的， 在晶体生长过程中，靠近中心处只 要填加少量原子就能生长一周。而 在台阶外端需要大量的原子才能生 长一周。结果使原来的一个直线台 阶逐渐长成螺旋状。
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Individual atomic positions for ligand have been lost
Lost of chemically useful information
Limiting the Resolution of the Data
Limited qmax = 9.59° Resolution = 3.0 Å Only metal position is
Very often, but not always shows regular faces and edges
Why do you need good crystals anyway?
Quality of sample characterized by maximum diffraction angle (q) -- also expressed in “resolution” (Å)
Limiting the Resolution of the Data
Limited qmax = 7.18° Resolution = 4.0 Å Metal position is only
barely above background No trace of ligand
Limiting the Resolution of the Data
positions are still resolvable
Limiting the Resolution of the Data
Limited qmax = 14.48° Resolution = 2.0 Å
Metal position resolvable
Only gross shape of organic ligand evident
Objective: Getting Good Crystals
A “good” crystal is:
0.1-0.4 mm in at least 2 of its dimensions
exhibits a high degree of internal order as evidenced by the presence of an X-ray diffraction pattern
discernible Ligand is completely
“washed out”
Limiting the Resolution of the Data
Limited qmax = 8.21° Resolution = 3.5 Å Metal electron density
is “bleeding” into the traces of the ligand's electron density
Limiting the Resolution of the Data
Limited qmax = 25.0° Resolution = 0.84 Å Peaks are beginning
to flatten out Atomic positions are
still easily resolvable IUCr recommended
Discerning individual atomic position requires data resolution which is greater than the bond lengths between the atoms (.e.g பைடு நூலகம்-C = 1.54Å)
The Effect of Limiting the Resolution of the Data
Effect of Limiting Resolution of the Data
Electron Density Map using all available data (qmax = 32.35°)
Resolution = 0.66 Å
All atomic positions are easily resolved
Growing X-ray Quality Crystals
Paul D. Boyle Department of Chemistry North Carolina State University
15 November 2006
Topics to be Covered
The Objective: Getting “Good” Crystals Why do you need good crystals anyway? The Right Attitude toward crystal growing Factors affecting crystallization Crystal growing techniques Questions and Answers/Discussion
Peak positions for ligand have shifted away from true atomic positions
Limiting the Resolution of the Data
Limited qmax = 11.54° Resolution = 2.5 Å
Metal position still discernible
minimum resolution
Limiting the Resolution of the Data
Limited qmax = 19.47° Resolution = 1.5 Å Peaks start to “melt”
into each other Individual atomic
The larger the max. diffraction angle, the greater the resolution and the greater number of data (which is necessary to adequately model the structure)
Lost of chemically useful information
Limiting the Resolution of the Data
Limited qmax = 9.59° Resolution = 3.0 Å Only metal position is
Very often, but not always shows regular faces and edges
Why do you need good crystals anyway?
Quality of sample characterized by maximum diffraction angle (q) -- also expressed in “resolution” (Å)
Limiting the Resolution of the Data
Limited qmax = 7.18° Resolution = 4.0 Å Metal position is only
barely above background No trace of ligand
Limiting the Resolution of the Data
positions are still resolvable
Limiting the Resolution of the Data
Limited qmax = 14.48° Resolution = 2.0 Å
Metal position resolvable
Only gross shape of organic ligand evident
Objective: Getting Good Crystals
A “good” crystal is:
0.1-0.4 mm in at least 2 of its dimensions
exhibits a high degree of internal order as evidenced by the presence of an X-ray diffraction pattern
discernible Ligand is completely
“washed out”
Limiting the Resolution of the Data
Limited qmax = 8.21° Resolution = 3.5 Å Metal electron density
is “bleeding” into the traces of the ligand's electron density
Limiting the Resolution of the Data
Limited qmax = 25.0° Resolution = 0.84 Å Peaks are beginning
to flatten out Atomic positions are
still easily resolvable IUCr recommended
Discerning individual atomic position requires data resolution which is greater than the bond lengths between the atoms (.e.g பைடு நூலகம்-C = 1.54Å)
The Effect of Limiting the Resolution of the Data
Effect of Limiting Resolution of the Data
Electron Density Map using all available data (qmax = 32.35°)
Resolution = 0.66 Å
All atomic positions are easily resolved
Growing X-ray Quality Crystals
Paul D. Boyle Department of Chemistry North Carolina State University
15 November 2006
Topics to be Covered
The Objective: Getting “Good” Crystals Why do you need good crystals anyway? The Right Attitude toward crystal growing Factors affecting crystallization Crystal growing techniques Questions and Answers/Discussion
Peak positions for ligand have shifted away from true atomic positions
Limiting the Resolution of the Data
Limited qmax = 11.54° Resolution = 2.5 Å
Metal position still discernible
minimum resolution
Limiting the Resolution of the Data
Limited qmax = 19.47° Resolution = 1.5 Å Peaks start to “melt”
into each other Individual atomic
The larger the max. diffraction angle, the greater the resolution and the greater number of data (which is necessary to adequately model the structure)