第三章 溶液法生长晶体
第三章 晶体生长
A
B
图3-11 共晶系相图
LE ⇄(C + D)
第二节 相图及其在晶体生长中的应用
• 共晶反应过程
具有共晶成分的合金溶液，温度降到E点 时，开始同时从液体中开始析出成分为C的α 相和成分为D的β相，两相的相对含量可以用 杠杆定律求出
A
B
继续降温，最终形成α相和β相的机械混合物 ，但是晶体的总体成分仍是共晶成分。 形成的两相混合物具有显微组织特征。
①两种组分中金属原子或离子的半径必须接近，其半径差要小于15% ，否则，不同大小的原子或离子产生的晶格畸变将很大，以致影响 固溶度； ②两种组分必须具有相同的晶体结构，否则固体中将出现不同结构 的相，或固溶度仅限于一定范围； ③金属原子必须具有相同的价电子数，否则价电子数之差有可能导 致形成化合物而不形成固溶体； ④金属原子必须具有几乎相同的电负性，如果两种金属具有显著地 电负性差，则将倾向于形成金属间化合物。
L L+ L+
相图分析
相和相区与共晶相似 包晶线PDC：该线成分对应的合金在该 温度下发生包晶反应。该反应是液相L 包着固相, 新相β在L与α的界面 上形核，并向L和两个方向长大。
+
图3-12 包晶系相图
第二节 相图及其在晶体生长中的应用
• 包晶反应过程
第二节 相图及其在晶体生长中的应用
下面以凝固结晶为例说明形核过程： 短程有序（Short range order）：由于液态金属中有序原子集团的尺 寸很小，所以把液态金属结构的特点概括为短程有序（长程无序）， 通常用团簇结构cluster来表征。 晶胚（Embryo）：温度降低至熔点以下时，这些近程有序的原子集 团就成为均匀形核的晶胚，尺寸会增大。晶胚内部原子呈晶态有序 排列，而外层原子与液体中不规则排列的原子相接触构成界面。 晶核（Nucleus）：当具备结晶条件时，大于一定尺寸的晶胚就会成 为晶核。
晶体生长与溶液结晶技术
晶体生长与溶液结晶技术晶体，是指在固体物质中，原子、离子或者分子以规则的排列方式组成的周期性结构。
晶体的研究与应用领域十分广泛，涉及材料科学、化学、物理学等不同学科。
而晶体生长和溶液结晶技术，是晶体领域中的重要研究方向之一。
本文将探讨晶体生长的原理、溶液结晶技术的应用以及相关发展。
一、晶体生长的原理晶体生长是指在固体物质中形成晶体结构的过程。
它的基本原理是溶质物种从溶液或气体中聚集，逐渐形成晶核，并通过在晶核周围的晶体表面上的晶体生长点生长，最终形成完整的晶体。
晶体生长过程中，涉及到溶解、扩散、吸附、聚集等一系列物理化学过程。
其中，影响晶体生长最关键的因素包括温度、浓度、pH值、溶剂、晶种等。
晶体生长的机制主要有两种，即溶液生长和气相生长。
溶液生长是指晶体从溶液中生长的过程，常见的溶液生长机制包括溶解度控制、扩散控制和界面控制；而气相生长则是指晶体从气体相中生长的过程，常见的气相生长机制包括气固界面热扩散和气相反应。
二、溶液结晶技术的应用溶液结晶技术是指利用溶液中物质的溶解度等特性，通过控制溶液条件、结晶条件等，实现晶体的生长和结晶。
溶液结晶技术在制备晶体材料、纯化物质等方面有着广泛的应用。
1. 制备晶体材料溶液结晶技术在制备晶体材料中具有重要意义。
通过调节溶液中的温度、浓度、pH值等条件，可以控制晶体的生长速率和晶体的尺寸、形态等。
利用溶液结晶技术，可以制备各种晶体材料，如金属晶体、半导体晶体、无机晶体等。
2. 纯化物质溶液结晶技术在纯化物质中也起到关键作用。
利用溶液结晶技术，可以将溶液中的杂质分离出来，获得较纯的物质。
例如，通过溶液结晶技术可以制备高纯度的盐类、化合物等。
3. 药物制剂溶液结晶技术在制备药物晶体方面具有广泛应用。
通过调节药物溶液中的条件，可以控制晶体的生长速率和晶型，从而调控药物的溶解度、稳定性和生物利用度。
这对于药物研发和制剂具有重要意义。
三、晶体生长与溶液结晶技术的发展随着科技的不断进步，晶体生长与溶液结晶技术也在不断发展。
半导体材料第3章晶体生长课后答案
第三章、晶体生长一、名次解释：⑴均匀成核：在亚稳定相中空间个点出现稳定相的几率相等的成核过程，是在体系中直接形成的自发过程。
⑵*非均匀成核：稳定相优先出现在体系中的某些局部区域的成核过程，如在体系中的外来质点（尘埃、籽晶、衬底等）上的成核。
⑶成核过程：在一定的驱动力下，借助于能量涨落越过位垒而形成晶核的过程。
⑷临界半径：在晶体成核过程中，体系自由能总的变化量ΔG达到最大时所对应的半径r*称为临界半径。
⑸*自然对流：在重力场中由于温度的不均匀，导致热膨胀的差异从而引起流体密度的差异产生浮力。
当浮力克服了粘滞力，自然对流就发生。
⑹强迫对流：人为对熔体进行搅拌（晶体和坩埚旋转、磁场）造成的对流，由离心力、向心力最终由表面张力的梯度驱动。
2、*分别写出均匀成核与非均匀成核的临界晶核半径、形核功并说明为什么通常非均匀成核比均匀成核要容易？答：3、*简述Kossel模型和Frank模型要点。
答：⑴Kossel模型要点：在晶格上的不同位置，吸附原子的稳定性是不同的，和吸附原子与晶体表面上最近邻、次近邻原子间相互作用情况有关。
晶体表面不同格点位置所受的吸引力是不相同的。
(*完整突变光滑面)⑵*Frank模型要点：在生长晶面上，螺旋位错露头点可作为晶体生长的台阶源（自然二维晶核），当生长基元（原子或分子）扩散到台阶处，台阶便向前推进，晶体就生长了。
（*非完整突变光滑面）4、写出杰克逊因子的表达式并指出各参数的物理意义。
答：*杰克逊因子（相变熵）：α=L0/kT E·y1/ν第一因子：L0/kT E，它取决于体系的热力学性质，L0为单个原子相变时内能的改变，可近似的看成相变潜热，L0/T E为单个原子的相变熵。
第二因子：y1/ν，取决于晶体结构和晶界的取向，v为晶体内部一个原子的近邻原子数，y1为原子在界面内水平方向的近邻原子数。
此因子叫作取向因子，反应出晶体的各向异性。
5、写出熔体生长时单晶炉内热场的基本要求并作出解释（合理热场的基本条件）。
第三章 晶体生长
(3)气相生长:气体固体
从气相直接转变为固相的条件是要有足够低的蒸气压。 例子: 在火山口附近常由火山喷气直接生成硫、碘或氯化钠 的晶体。 雪花就是由于水蒸气冷却直接结晶而成的晶体 气体凝华:物质从气态直接变成固体 (气体升华?固态气态) 化学气相沉积(CVD)
2.晶体形成的热力学条件(掌握)
光滑界面：界面固相一侧的点阵位置几乎全部为固相原子所占满，只留下 少数空位或台阶，从而形成整体上平整光滑的界面结构。 光滑界面也称“小晶面”或“小平面”。
四、晶体生长的两种主要理论(了解)
一 层生长理论
柯塞尔1927年首先提出,后来被斯特兰斯基加以发展
内容:
它是论述在晶核的光滑表面上生长一层原子面时，质 点在界面上进入晶格“座位”的 最佳位置是具有三面凹入角的位置 其次具有二面凹入角的位置； 最不利的生长位置吸附分子和孔。 由此可以得出如下的结论 即晶体在理想情况下生长时，先长一条行，然后长相邻 的行。在长满一层面网后，再开始长第二层面网。晶面 (最外的面网)是平行向外推移而生长的。这就是晶体的 层生长理论
固体与晶体的转化：转变潜热 固体与液体的转化：熔解潜热 液体与气体的转化：蒸发潜热 固体与气体的转化：升华潜热 任一潜热L都与系统压力、体积、温度等条件 有关
3.晶核的形成(理解)
热力学条件满足后,晶体开始生长 晶体生长的一般过程是先形成晶核,然后 再逐渐长大. 三个生长阶段:
介质达到过饱和或者过冷却阶段 成核阶段nucleation(均匀成核,非均匀成核) 生长阶段crystal growth
1.气固相转变
定义=p1/p0 为饱和比, 即初态压强/末态压强 = -1 过饱和比, 相变条件: p1p0,或者 1 (即有一定的过饱和度)
晶体生长方法之溶液法
晶体生长方法简介不同晶体根据技术要求可采用一种或几种不同的方法生长。
这就造成了人工晶体生长方法的多样性及生长设备和生长技术的复杂性。
以下介绍现代晶体生长技术中经常使用的几种主要方法一熔体生长法这类方法是最常用的，主要有提拉法（又称丘克拉斯基法）、坩埚下降法、区熔法、焰熔法（又称维尔纳叶法）等。
提拉法此法是由熔体生长单晶的一项最主要的方法，被加热的坩埚中盛着熔融的料，籽晶杆带着籽晶由上而下插入熔体，由于固液界面附近的熔体维持一定的过冷度、熔体沿籽晶结晶，并随籽晶的逐渐上升而生长成棒状单晶。
坩埚可以由高频感应或电阻加热。
半导体锗、硅、氧化物单晶如钇铝石榴石、钆镓石榴石、铌酸锂等均用此方法生长而得。
应用此方法时控制晶体品质的主要因素是固液界面的温度梯度、生长速率、晶转速率以及熔体的流体效应等。
坩埚下降法将盛满材料的坩埚置放在竖直的炉内炉分上下两部分，中间以挡板隔开，上部温度较高，能使坩埚内的材料维持熔融状态，下部则温度较低，当坩埚在炉内由上缓缓下降到炉内下部位置时，材料熔体就开始结晶。
坩埚的底部形状多半是尖锥形，或带有细颈,便于优选籽晶,也有半球形状的以便于籽晶生长。
晶体的形状与坩埚的形状是一致的，大的碱卤化合物及氟化物等光学晶体是用这种方法生长的。
区熔法将一个多晶材料棒，通过一个狭窄的高温区，使材料形成一个狭窄的熔区，移动材料棒或加热体，使熔区移动而结晶，最后材料棒就形成了单晶棒。
这方法可以使单晶材料在结晶过程中纯度提得很高，并且也能使掺质掺得很均匀。
区熔技术有水平法和依靠表面张力的浮区熔炼两种。
焰熔法这个方法的原理是利用氢和氧燃烧的火焰产生高温，使材料粉末通过火焰撒下熔融，并落在一个结晶杆或籽晶的头部。
由于火焰在炉内形成一定的温度梯度，粉料熔体落在一个结晶杆上就能结晶。
焰熔法的生长原理如下，小锤敲击料筒震动粉料，经筛网及料斗而落下，氧氢各自经入口在喷口处，混合燃烧，结晶杆上端插有籽晶，通过结晶杆下降，使落下的粉料熔体能保持同一高温水平而结晶。
纳米晶体的生长与组装技巧分享
纳米晶体的生长与组装技巧分享纳米晶体在过去几十年中成为了材料科学领域的研究热点。
纳米晶体的小尺寸使其具备了许多独特的物理和化学性质，因此引起了广泛的关注。
为了实现纳米晶体的应用，研究人员不断努力寻找各种制备方法和技巧，以实现纳米晶体的有效生长和组装。
本文将分享一些关于纳米晶体生长与组装的技巧，以期为相关研究人员提供帮助和借鉴。
一、气相法生长纳米晶体气相法是一种常用的纳米晶体生长方法。
在气相法生长纳米晶体时，可以根据所需的材料和结构选择适当的沉积技术，例如化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）和气体聚合物化学沉积（GPCVD）等。
下面是一些气相法生长纳米晶体的技巧：1. 温度和时间控制温度和时间是影响纳米晶体生长的重要因素。
通过调节反应温度和反应时间，我们可以控制纳米晶体的尺寸和形态。
通常，较低的温度和较短的时间可以得到更小的纳米晶体。
2. 催化剂的选择催化剂在气相法生长纳米晶体中起到了至关重要的作用。
催化剂的选择对纳米晶体的尺寸和形态具有重要影响。
合适的催化剂可以提供活性表面，催化反应物在表面上发生吸附和反应。
常用的金属催化剂包括铁、镍、钴等。
3. 气氛控制在气相法生长纳米晶体时，气氛的组成对纳米晶体的生长具有重要影响。
通过调节气体流量和气氛成分，可以控制纳米晶体的尺寸、形态以及晶体质量。
一些气体，如氢气，可以有效地调控纳米晶体的生长。
二、溶液法生长纳米晶体溶液法是另一种广泛使用的纳米晶体生长方法。
使用溶液法生长纳米晶体时，可以通过控制晶体生长的条件来实现纳米尺寸的调控和组装。
以下是一些溶液法生长纳米晶体的技巧：1. 溶剂选择和控制在溶液法生长纳米晶体时，溶剂的选择和控制非常重要。
合适的溶剂可以提供适当的溶剂参数，如溶解度、溶液浓度和溶液粘度等，从而控制纳米晶体的生长速率和尺寸。
此外，通过控制溶液的浓缩度和温度，也可以调控纳米晶体的生长。
2. 添加剂的引入添加剂是溶液法生长纳米晶体时常用的技巧之一。
晶体生长过程
晶体生长过程一、晶体生长的概述晶体是由具有一定规律排列的原子、离子或分子组成的固体物质，它们在自然界中广泛存在。
晶体生长是指从溶液或气态中将原料分子聚集成晶体的过程。
这个过程涉及到许多因素，如温度、压力、浓度、溶剂等。
二、晶体生长的分类根据晶体生长的方式和条件，可以将其分为以下几类：1. 溶液法：将溶质加入溶剂中，通过控制温度和浓度来促进晶体生长。
2. 气相法：通过在高温下使气态原料在固相表面上沉积而形成晶体。
3. 熔融法：将物质熔化后，在适当条件下冷却结晶形成晶体。
4. 生物合成法：利用生物细胞或酵素来控制晶种生成和调节结构。
三、溶液法晶体生长的步骤1. 源液制备：根据需要选择适当的原料和溶剂，并按照一定比例混合制备源液。
2. 清洁容器：选用干净的容器，并用去离子水或其他清洗剂进行清洗，避免污染源液。
3. 源液加热：将源液加热至适当温度，以促进晶体生长。
4. 晶种制备：将晶种（已有的微小晶体）加入源液中，以便新的晶体可以在其上生长。
5. 晶体生长：在温度和浓度控制下，源液中的原料分子逐渐聚集形成新的晶体。
这个过程需要一定时间，并且需要不断地添加原料和调节条件。
6. 分离和洗涤：当晶体生长到一定大小后，需要将其从溶液中分离出来，并用去离子水或其他溶剂进行洗涤和干燥。
四、影响晶体生长的因素1. 温度：温度是影响晶体生长速率和结构的重要因素。
通常情况下，温度越高，晶体生长速率越快。
2. 浓度：浓度也是影响晶体生长速率和结构的关键因素。
一般来说，浓度越高，晶体生长速率越快。
3. 溶剂选择：不同的溶剂对晶体生长的影响也不同。
有些溶剂可以促进晶体生长，而有些则会抑制晶体生长。
4. 晶种：晶种的质量和数量对晶体生长也有很大的影响。
好的晶种可以提高晶体生长速率和质量。
5. 搅拌：搅拌可以使源液中的原料分子更加均匀地分布，从而促进晶体生长。
6. pH值：pH值对于一些化学反应和分子聚集也有很大影响，因此它也会影响晶体生长。
晶体制备 第三章
相图的作用： 相图的作用：
• 预示不同条件下可能出现的各种组态以及条件 改变时,各种组态可能发生转变的方向和限度； 改变时,各种组态可能发生转变的方向和限度； • 了解体系在不同条件下的相转变及相平衡存在 的状态； 的状态； • 为提高已有材料的性能及设计、 为提高已有材料的性能及设计、开发和研制新 材料提供重要依据； 材料提供重要依据； • 预测材料的性能，为制定材料的制备、 预测材料的性能，为制定材料的制备、合成和 加工工艺提供参考依据。 加工工艺提供参考依据。
相平衡三要素： 相平衡三要素： 三要素
力学平衡 热平衡 化学平衡 合力为零 ∆T = 0 任一组元在各相 相等， 中的 µ 相等，
四个普适定律（ 四个普适定律（理）：
相律: 相律: 对于一个达到相平衡的系统而言，定有： 对于一个达到相平衡的系统而言，定有：
F =C−P+n
杠杆定理: 杠杆定理: 计算两相区内平衡存在的两个相的相 对质量。 对质量。 相平衡定律: 相平衡定律: 体系中各相的数量并不影响这些相 的平衡组成和性质。 的平衡组成和性质。 质量作用定律: 单位时间从相（ 转化到相（ 质量作用定律: 单位时间从相（1）转化到相（2） 的分子数应当与该组分在相（ 的分子数应当与该组分在相（1）中的有效浓度 成正比；反向转化的分子数应当与它在相（ 成正比；反向转化的分子数应当与它在相（2） 中的有效浓度成正比。 中的有效浓度成正比。
1865
G : 3Y2O3 • 5Al2O3 (YAG) M : 2Y2O3 • Al2O3
P : Y2O3 • Al2O3 (YAP)
M +G
Y2O3
M
P
摩尔分数
G
Al2O3
Y2O3 − Al2O3 二元系相图（部分） 二元系相图（部分）
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相稳定区和亚稳相生长 （1）相稳定区和亚稳区 许多物质在水溶液中可以形成不同的晶相
例：EDT（CH2NH2）C4H4O6酒石酸乙二胺，在 水溶液中可以形成EDT和EDT· H2O两种晶体 溶解度曲线如下图所示
F点： a)溶液对EDT和EDT· H2O两种晶体均饱和，都 可以生长 b) EDT稳定生长，EDT· H2O亚稳
控制点
掌握好溶液蒸发速度，使溶液始终处于亚稳 过饱和区，保证一定的过饱和度。
特点 温度恒定，因此晶体应力小； 蒸发量不易控制，适宜于生长小晶体
（4）电解溶剂法
原理：电解法分解溶剂，除去溶剂，使溶液 处于过饱和状态
3.4 溶液中培养单晶生长条件 的控制和单晶的完整性
在晶体具有完整性前提下，提高晶体生长 速率和利用率是目标 籽晶： 以结构和成分完全相同的完整晶体的一部 分作为籽晶最好 以结构和成分与生长晶体相似的晶体也可 作为籽晶
饱和溶液：当溶解速率等于结晶速率时， 溶解与结晶处于平衡
溶液浓度表示法
体积摩尔浓Байду номын сангаас（mol）：溶质mol数/1L溶液；
重量摩尔浓度（mol）：溶质mol数/1000g溶剂中；
摩尔分数（x）：溶质摩尔数/溶液总摩尔数； 重量百分数：100g溶液中含溶质g数。
溶解度曲线：不同温度下溶解度的连 线为该物质的溶解度曲线 其是选择从溶液中生长晶体的方法和 生长温度区间的重要依据
溶液处理
1 溶液处理意义和目的
溶液是水溶性晶体生长的母体，其状态决 定了晶体生长特性和晶体质量。高度纯 净，减少杂质，减少有害物质。
2 溶液处理方法 选用试剂级原料，蒸馏水或离子交换水配 制溶液；用微米级以下过滤器过滤；调整 pH值和掺质；
介质对晶体生长的影响
实际晶体都是在一定的介质环境下生长的， 因此介质必然对晶体(外形和完整性)发生影 响．开展这方面的研究，不仅对于培养优质 单晶，而且对于探讨实际晶体的形成问题都 具有重要的意义． 介质对从溶液中生长晶体的影响主要包括以 下几个因素：杂质、溶液中氢离子浓度(pH 值)、温度、过饱和度和介质运动
凝胶法晶体生长类型
复分解化学反应法
络合分解法
络合合成法
氧化还原反应法
溶解度降低法
成核及其控制
控制凝胶密度
控制生长温度
控制溶液浓度
中间体中性凝胶介质分离法
添加活化中心
谢谢！
过饱和度的重要性
实现晶体连续生长： 溶液浓度必须维持在晶体生长区，即亚稳过 饱和区
溶剂的选择考虑因素
溶剂：水、有机溶剂和其他无机溶剂 对溶质的溶解度 合适的熔点 蒸汽压 溶质扩散
粘度
环境影响
化学性能稳定
3.2 溶液中晶体生长的平衡
G RT ln s
式中G是自由能，S是熵 对于过饱和溶液 s > 1，△G < 0，晶体生长是一个自发过程 s 越大， △ G越小，生长驱动力越大
优点：生长温度较低（远低于熔 点）、降低粘度、晶体体积较大、外形 规则、均匀性好、观察生长
缺点：组分多、影响生长因素复 杂、生长速度较慢、控温精度要求高 （可容许温度波动小）
3.1 溶液和溶解度
溶液：溶质和溶剂
溶解度：在一定温度和压力下，一定量的 溶剂中能溶解溶质的量叫溶解度
溶解度大小与温度有密切关系（压力影响 较小） 固态溶质↔溶液中溶质
3.5 凝胶法晶体生长
原理：以凝胶作为扩散和支持介质，使一 些在溶液中进行的化学反应通过凝胶(最常 用的是硅胶)扩散缓慢进行。通过反应物在 凝胶中扩散、反应，进行晶体生长
适于生长
1.溶解度十分小的难溶物质的晶体
2.对热很敏感(如分解温度低或熔点下有相变) 的物质的晶体
凝胶是一种半固体、富液体、高粘滞性且含 有微孔的二组分体系，其中一个组分的分 子键合成三维网络，而另一组分通过渗透 形成连续相。
通过化学反应来控制过饱和度 用亚稳相来控制过饱和度，即利用某些物 质的稳定相和亚稳相的溶解度差别，控制 一定的温度，使亚稳相不断溶解，稳定相 不断生长
（1）降温法
基本原理：利用物质较大的正溶解度温度 系数，在保持溶剂总量不变的情况下，通 过降低温度，使溶液成为亚稳过饱和溶 液，以至于析出的晶体不断结晶到籽晶 上。 使溶液始终处于亚稳过饱和区，保证一定 的过饱和度
一般来说，在生长初期降温速度要慢，到 了生长后期可稍快些。
（2）流动法（温差法）
基本原理：将溶液配制、过热处理、单晶 生长等操作过程分别在整个装置的不同部 位进行，构成一个连续的流程。通过温度 梯度，形成过饱和溶液，进行晶体生长 优点：大批量生产和培养大单晶并不受晶 体溶解度和溶液体积的限制，而只受容器 大小的限制 缺点：设备复杂，必须用泵强制溶液循环 流动
温度对溶解度的影响：
式中：x溶质的摩尔分数，△H固体摩尔溶解热，T为绝对温度，T0是晶体 的熔点，R为气体常数，上式可化为
d ln x dT R
（1）大多数晶体溶解过程是吸热，△ H为正， 温度升高，溶解度增大；反之，溶解度减小 （2）一定温度下，低熔点晶体的溶解度 高于高熔点晶体的溶解度
第三章 溶液法生长晶体
主要内容： 3.1 溶液和溶解度 3.2 溶液中晶体生长的平衡 3.3 溶液法生长晶体的方法 3.4 溶液中培养单晶生长条件 的控制和单晶的完整性 3.5 凝胶法晶体生长
溶液法晶体生长的基本原理 溶液法应用技术
基本原理：将溶质溶解在溶剂中， 采取适当措施，使溶液处于过饱和 状态，进而晶体从中生长。
3.3 溶液法生长晶体的方法
1.对于溶解度温度系数很大的物 质：降温法 2.对于溶解度温度系数较小的物 质：蒸发法 3.对于具有不同晶相的物质：须 选择对所需要的那种晶相是稳定 的合适生长温度区间
过饱和度→晶体生长
根据溶解度曲线，改变温度
采取各种方式(如蒸发、电解)移去溶剂，改 变溶液成分
过饱和度和介质运动
过饱和度 过饱和度是结晶的驱动力，由于不同过饱和度会 产生不同的生长机制，过饱和度对晶体生长速 度、质量和晶体外形影响都很大 介质的运动 对晶体生长速度和完整性都有显著的作用，这种 作用往往又和过饱和度紧密联系在一起。质量传 输和热量传输的主要形式。它影响晶体生长动力 学、杂质浮获、组分均匀性、形态稳定性和成核 作用
过饱和、溶解度
• 过饱和溶液：溶液中溶质含量超过饱和 溶液的含量，但不析出晶体（不稳定） • 过饱和状态：晶体生长的先决条件，只 有过饱和溶液才能形成晶核并逐渐长大
溶液分成稳定区、亚稳区和不稳定区 稳定区：不饱和区，晶体不能生长
亚稳区：过饱和区，在这里不发生自发结 晶，若有外来颗粒（包括籽晶）投入，晶 体就围绕它生长
凝胶法晶体生长的特点
能有效地控制流体的对流、湍流及外界扰动
凝胶的微孔结构有过滤。隔离成核和抑制成核的 作用
凝胶法一般是在近于室温下进行的，所生长的晶 体含有较少的热缺陷，提高了晶体的完整性 凝胶法可降低化学试剂的扩散速度，因此，可以 控制 溶质的扩散速率和成核速率
育晶装置简便，化学试剂用量少，生长晶体品种 多， 适用性广
不稳定区：过饱和区，不过它的过饱和度 比亚温区大，会自发结晶 溶液生长的过程必需控制在亚温区内进 行，若在不稳定区内生长就会出现多晶
由图可见：稳定区晶体不可能生长；不稳 定区晶体可以生长，但是，不可能获得单 一晶体；在亚稳过饱和区，通过籽晶生长 可以获得单晶 过饱和度：浓度驱动力 △c ， △c ＝ c － c* ， （ c 溶液的实际浓度， c* 同一温度下的平衡 饱和浓度） 过饱和比s：s＝c/c*
温度和过饱和度恒定，因此晶体应力小； 温度调节容易，可以选择较低的生长温 度，宜于生长大晶体
（3）蒸发法
基本原理：将溶剂不断蒸发移去，而使溶 液保持在过饱和状态，从而使晶体不断生 长。 适合溶解度较大而溶解度温度系数很小或 是具有负温度系数的物质。 这种装置比较适合于在较高的温度下使用 （60°C以上）
c)溶液对EDT过饱和度大，EDT生长快 E点：
EDT生长，过饱和；EDT· H2O溶解
亚稳相生长：
如果在EDT稳定生长区引入EDT· H2O晶种， EDT· H2O 可以在EDT稳定生长区生长，形成 单一的亚稳相
前提：a)溶液对EDT· H2O 有一定过饱和； b)过饱和度不至于EDT自发形核。
降温法实验要点
要求：晶体对溶液作相对运动，最好是杂乱 无章的运动 关键：掌握合适的降温速度，使溶液始终处 在亚稳区内并维持适宜的过饱和度
合适的降温速度
降温速度一般取决于以下几个因素：
(1)晶体的最大透明生长速度，即在一定条 件下不产生宏观缺陷的最大生长速度。
(2)溶解度的温度系数。 (3)溶液的体积V和晶体生长表面积S之比， 简称体面比。
杂质
杂质影响溶解度和溶液的性质，例如改变 溶解度或溶液的粘度，使有利于晶体的生 长 杂质也会显著地改变晶体的结晶习性(晶癖) 影响晶体质量： (i)进入晶休；
(ii)选择性吸附在一定的晶面上；
(iii)改变晶面对介质的表面能
氢离子浓度(pH)
在水溶液中存在着大量的H＋和OH－，溶液中的氢 离子浓度对晶体生长的影响是很显著的，pH影响 也是相当复杂的 pH影响溶解度，使溶液中离子平衡发生变化
pH改变杂质的活性，即改变杂质络合成水合状 态，使杂质敏化或钝化．pH的作用也可能改变晶 面的吸附能力 pH直接影响晶体生长，通过改变各晶向的相对生 长速度，引起晶体生长习性的变化
温度
生长温度对晶体的习性和质量都有影响， 可以利用生长习性随温度的变化，选择合 适的生长温度以获得所需要的晶癖