第五章 晶体生长与晶体合成
结晶生长机制与生理活性晶体的合成
结晶生长机制与生理活性晶体的合成随着现代人类生活水平的提高，大家越来越注重对身体健康的关注。
不少医学科研工作者纷纷投身于生物医学研究的领域，倾力研究新型药物，为人类健康付出努力。
而药物结晶技术是新型药物研究中十分重要的一部分，药物的结晶形式不仅关系到药物的纯度和稳定性，也和药物的生物利用度、药效以及安全性等方面有着密切关系。
因此，研究结晶生长机制和生理活性晶体的合成对开发新型药物具有非常重要的意义。
结晶的核心是晶体的形成。
对于药物晶体的形成而言，主要经历了溶液制备、晶种制备、结晶生长等三个阶段。
上述三个阶段相辅相成，其中结晶生长阶段是影响晶体形貌、品质的重要环节。
结晶生长机制主要分为两类，分别为面常数机制和溶液聚集机制。
面常数与溶液热力学是一个基本的概念。
当一个物体被引入液相中时，立即会向周围环境扩散，直到与周围平衡。
但当扩散到界面时，由于界面自由能需要增加；此时由于扩散压力和表面张力之间的竞争，物体在沿界面延伸的方向上的扩散被抑制。
因此物体会开始沿法向方向进行扩散，即晶体的生长方向。
而对于溶液聚集机制，溶液中的成分会对晶体的形成起到影响。
溶液中的成分可以被分为导体、钵、模板等三类，他们各自对晶体的形成有着不同的作用，从而影响晶体的品质和形貌。
晶体形貌和品质对于一种药物的生物利用度和药效有着非常直接的影响。
因此，在晶体合成方面我们需要尽可能的寻找符合要求的成分和条件。
除此之外，也可以通过晶种的制备来影响晶体形貌与品质。
晶种的制备主要采用物理方法、化学方法和生物方法等多种方法。
其中，物理方法主要包括超临界辐射、蒸发法、熔融法等；化学方法主要包括拝占庭蓝染色法、快速四氯化钛法等；生物方法主要包括酵母菌、冰冻-解冻法等。
通过精选晶种，可以控制晶体生长方向、形貌和尺寸分布，从而对晶体品质产生显著影响。
除此之外，针对具体的药物晶体合成需求，制定适当的晶体合成方法和晶体形态表征技术也是晶体合成过程中必不可少的部分。
晶体生长方法简介课件
02
晶体生长的热力学条件
熔体中的溶解与析
溶解过程
在高温下，物质被加热并溶解成 液态。在溶解过程中，晶体物质 与其他物质混合，形成均匀的溶
液。
析出过程
当溶液冷却时，溶解的物质开始 以晶体的形式析出。析出的晶体 通常具有与原始溶液中相同的化
学组成和结构。
相平衡条件
在溶解和析出的过程中，需要满 足一定的相平衡条件。这些条件 包括温度、压力和组成，以确保 物质在溶液和晶体之间的转移是
晶体生长的环保与节能问题
节能技术
01
环保材料
02
废弃物处理
03
THANK YOU
05
晶体生长的设备及应用
水平管式炉
结构特点
工作原理 优缺点
立式炉
01
结构特点
02 工作原理
03 优缺点
悬浮炉
结构特点
工作原理
优缺点
连熔炉
结构特点
工作原理
优缺点
应用举例：LED晶体生长
LED晶体生长是晶体生长领域的一个重要应用方向，主要使用水平管式炉、立式炉和连熔炉 等设备。
LED晶体生长要求设备精度高、稳定性好、生产效率高，同时需要严格控制工艺参数，如温 度、时间、气氛等。
LED晶体生长的原料一般为化合物半导体材料，如GaN、InGaN等，这些材料具有宽禁带、 高发光效率等优点，是LED照明、显示等领域的重要基础材料。
06
晶体生长的最新研究进展及挑战
新型晶体生长方法研究
激光诱导晶体生长 化学气相沉积法 外延生长法
晶体生长过程的数值模拟与优化
计算机建模与仿真 量子力学计算 材料基因工程
晶体生方法介件
01
合成晶体PPT课件
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10
合成晶体的方法和技术
人工晶体的制备实际上就是把组成晶体的基元（原子、 分子或离子）解离后又重新使它们组合的过程。按照晶 体组分解离手段的不同，人工晶体的制备有三大类。 气相法--使晶体原料蒸发或挥发，包含有化学气相沉 积与射频溅射两种方法。
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11
熔融法--使晶体原料完全熔化，包含有提拉法、坩埚 相对移动法、区熔法、基座法、冷坩埚法与焰熔法等。 溶液法--使晶体原料溶解在溶液中，具体地包含有水 溶液法、水热法与助熔剂法。水溶液法在常压下生长 晶体，温度约为八、九十摄氏度；水热法是在高温高 压下生长；而助熔剂法则是在常压高温下生长晶体。
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4
人工晶体的分类
人工晶体的分类： 人工晶体按照功能不同，可粗 略分为半导体晶体，激光晶体，非线性光学晶体， 光折变晶体，闪烁晶体，电光、磁光、声光调制晶 体，压电晶体，红外探测晶体，光学晶体，双折射 晶体，宝石晶体与超硬晶体等十二类。
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5
相变过程和结晶的驱动力
• 气相生长 • 熔体生长 • 溶液生长
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3
➢ 对称性：在晶体的外形上，也常有相等的晶面、晶 棱和角顶重复出现。这种相同的性质在不同的方向或 位置上作有规律地重复，就是对称性。晶体的格子构 造本身就是质点重复规律的体现。 ➢ 最小内能 ：在相同的热力学条件下晶体与同种物 质的非晶质体、液体、气体相比较，其内能最小。 ➢ 稳定性 ：晶体由于有最小内能，因而结晶状态是 一个相对稳定的状态。这就是晶体的稳定性。
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12
气相法
升华法是气相法生长晶体的一种，其装置示意图如 图所示。
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熔融法
焰熔法，又称Verneuil法，是在1890年 由法国科学家Verneuil发明的，用于生 长人工宝石。
晶体生长第五章 成核(晶体生长热力学)
第五章 成核(晶体生长热力学)系统处于平衡态——系统吉布斯自由能最小单元复相系统平衡态——系统中诸相的克分子吉布斯自由能相等多元复相系统平衡态——任一组元在共存的诸相中化学势相等 亚稳态（亚稳相） ——新相能否出现，如何出现（相变动力学要回答的第一问题）——新相成核新相自发长大——系统吉布斯自由能降低，驱动力与生长速度的关系（相变动力学回答的第二个问题）亚稳相向新相转变：1． 新、旧相结构差异微小，变化程度小、空间大，转变在空间上连续，时间不连续。
2． 变化程度大、空间变化小，转变在空间不连续，时间方面连续。
系统中出现新相机率相等——均匀成核 系统中某些区域优先出现新相——非均匀成核§1. 相变驱动力过饱和溶液、过冷熔体均属亚稳相。
驱动力所作之功： G X fA ∆-=∆VGf ∆∆-= 单位体积晶体引起系统吉布斯自由能的降低（负号表示降低）单原子体积为Ωs ，吉布斯自由能降低Δg,则：s g f Ω∆-= 有时Δg 也称相变驱动力饱和比==0/p p α 饱和比==0/C C α饱和度=-=1ασ对汽相生长:s s s kT kT p p kT f Ω≈Ω=Ω=//ln /)/ln(0000σα溶液生长:s s s kTkT C C kT f Ω≈Ω=Ω=σαln )/ln(0熔体生长: ms T Tl f Ω∆=l=￡0/N 0 单原子熔化潜热§2. 亚稳态系统吉布斯自由能存在几个最小值，最小的极小值为稳定态。
其他较大的极小值为亚稳态。
亚稳态在一定限度内是稳定的。
亚稳态总要过渡到稳定态 亚稳态→稳定态存在能量势垒 §3. 均匀成核1. 晶核形成能和临界尺寸sf sr g rr G γππ23434)(+∆⋅Ω=∆或sfi A g i i G γ⋅+∆⋅=∆)()(3/2)(i i A ⋅=η η形状因子i 个原子,体积为V(i)=i Ωs立方体,边长a , 则V=a 3, 面积为A=6a 2=6V 2/33/23/26)(i i A s⋅Ω=∴ s i i V Ω=)(因此,立方体: 3/26sΩ=η; 球体:3/23/1)36(sΩ=πη旋转椭球体:3/22/1222/1222/122223/13/1)])/1(1)/1(1ln()/1(2[)43(sr y r y r y r y r y Ω---+⋅-+=πη普通表达式:sfr i g i i G ⋅⋅+∆⋅=∆3/2)(ηr<r* 自动消失(胚团) r>r* 自发长大(核)r(i)Δ对ΔG(i)求极值:gr r s sf ∆Ω=2* 或:3]32[*gr i sf ∆=η对球形晶核:33332*gr i ssf∆Ω⋅=π将r*或i*代入Δg 表示式,可得:2322*3/163/*4g r r i G sfs sf ∆Ω=⋅=∆ππ2333/2*27/43/*gr i r G sfsf ∆==∆ηη晶核形成能为界面能的1/3. 2. 界面结构对ΔG(i)的影响 粗糙界面生长: 连续生长光滑界面生长:不连续生长,核长大i 增加ΔG(i)变化不连续 3. 复核起伏和成核率 单相起伏: 单纯密度起伏复相起伏: 产生胚团的起伏(亚稳相、平衡相) 单位体积内胚团数为：]/)(exp[)(kT r G n r n ∆-≈ ]/)(exp[)(kT i G n i n ∆-≈]/ex p[)(kT G n r n **∆-≈]/ex p[)(kT G n i n **∆-≈成核率: 单位时间内能发展成为宏观晶体的晶核数(I)]/ex p[*kT G Bn I ∆-=B:核晶捕获流体中原子或分子的机率iΔG*= 0.7l sf自由能与胚团原子数的关系ΔΔG*= 0r(i)胚 团 分 布 规 律n (r )或n (i )对汽相生长:2*2/14)2(rmkT P B ππ⋅=-]]/[ln 316exp[]/ln 2(4)2(203332202/1p p T k r p p kT mkT nP I s s Ω-Ω⋅=∴-πγππ熔体生长: v 0为熔体原子的振动频率]/ex p[0kT q v B ∆-=])(316exp[)exp(222320T kTl T r kT qnv I m s ∆Ω-⋅∆-=π §4. 非均匀成核 1. 平衬底上球冠成核sfsccf r r r Cos m -==θ23)1)(2(3m m r V s -+=π)1(22m r A sf -=π )1(22m r A sc-=π)()(cf sc sc sc sf sf ssr A r A r A g V r G ⋅-⋅+⋅+∆⋅Ω=∆ 当)(sc sc sf sf cf scr A r A r A ⋅+⋅≥⋅时，成核不必克服势垒，可自发进行。
晶体生长和多晶材料的合成研究
晶体生长和多晶材料的合成研究在现代材料科学中，晶体生长和多晶材料的合成研究已经成为了热门的领域之一。
在制备各种新材料以及改进传统材料的工艺中，晶体和多晶材料在提高产品性能方面扮演了重要的角色。
晶体生长是指无序的分子或原子组合在一起，形成有序的晶体或晶粒的过程。
晶体生长研究的主要目的是通过控制晶体的生长过程，来控制其物理、力学和化学特性，以制备具备特定性质的材料。
晶体生长的关键在于理解和控制晶体生长的机理。
首先要了解晶体生长过程中的能量变化。
在晶体生长中，原子、分子或离子在晶体表面方向上，由于吸附、扩散、交换和再吸附等相互作用，形成一个有序的结构。
这个有序结构可以用晶体缺陷和成核理论来描述。
成核理论指出，任何晶体的形成，都发生于一个由原子、分子或离子构成的有序区域。
这个有序区域必须克服一定的能量壁垒才能形成。
如果能够克服这个能量壁垒，晶体就可以开始成长了。
晶体的生长速度和形态不仅与晶体生长的机理和能量变化有关，还受到多种工艺参数、外界条件的影响。
例如，温度、溶液浓度、流动速度、表面张力等都会对晶体生长过程产生影响。
因此，对于晶体形态和生长速度的控制，需要综合考虑多个因素。
在实际应用中，晶体的形态和生长速度是关键参数。
通过控制这些参数，可以制备出具有不同形态和性质的晶体，在各个领域得到广泛的应用。
例如，某些晶体因其透明度和光学性能被用于制造光学元件，某些晶体因其化学惰性和高温稳定性被用于作为先进的高温材料。
在多晶材料的合成中，与晶体生长类似，多晶材料的合成也是由无序的原子或分子组合在一起，形成有序的晶粒或晶界。
因此，多晶材料的合成也需要研究其物理、力学和化学特性，并控制其生长过程中的机理和能量变化。
不同于晶体的有序性，多晶材料的多晶性使得其具有更强的塑性和韧性，以及更好的耐腐蚀能力。
多晶材料的合成包括多种工艺过程，如粉末冶金、烧结、涂敷和电化学沉积等。
在这些工艺中，重点是控制多晶材料的晶粒大小、分布和成分。
材料科学中的晶体生长和制备技术
材料科学中的晶体生长和制备技术晶体作为固体物质的一种形态，具有非常广泛的应用前景，比如电子材料中的晶体管、以及各种光学、光电、磁学等领域的材料与器件等等。
所以，晶体生长和制备技术的研究和发展一直是材料科学中的一个重要领域。
本文将从各个角度介绍晶体生长和制备技术的相关知识，包括晶体的种类、晶体生长的基本原理和传统方法、以及新型晶体生长和制备技术的趋势和进展。
一、晶体的种类晶体可以分为自然晶体和人工晶体两类。
自然晶体是指由于地球内外部自然作用而自然形成并能满足晶体学定义的晶体。
最著名的自然晶体是宝石，比如钻石、蓝宝石、红宝石、绿松石等等，以及各种矿物晶体，比如方铅矿、硫黄、石英、长石等等。
人工晶体是指在实验室或生产中通过某种方法人工制造的晶体，其分类方法有时与自然晶体不同。
按照晶体结构分类，人工晶体可以分为单晶和多晶两类。
其中，单晶是由单个晶粒组成，其表面和内部完全是有序和规则的，多晶是由多个晶粒组成，这些晶粒在大小、形状和方向上都存在差异。
二、晶体生长的基本原理和传统方法晶体是在无序的状态下，由于质点在分子间跳动，逐渐形成高度有序的晶体。
晶体生长的关键是通过调节生长条件，使得分子有序堆积形成晶核，随着分子的源源不断地进入，使得晶体不断生长。
传统的晶体生长方法主要有三种，分别是溶液法、气相法和熔体法。
1、溶液法溶液法是在某种溶液中，通过控制溶液的化学配比、温度和pH值等因素，促使晶核产生，并使其逐渐生长为完整的晶体的方法。
溶液法生长的晶体种类非常多，包括半导体晶体、氧化物晶体、单质晶体等等。
其中，半导体材料GaAs是典型的溶液法生长的晶体。
2、气相法气相法是利用充满某种气体的封闭舱室，在一定的温度、气体压力和化学反应条件下，使气体中的物质逐渐沉积在阴极或其它可以作为晶核的物体表面逐渐生长晶体的方法。
气相法适用于无机晶体和半导体材料，比如Si、Ge等。
3、熔体法熔体法是用固体物体和其它物质融合成为一种熔体，在特定温度下控制好熔体的化学组成和熔化程度，使熔体逐渐冷却并形成晶体的方法。
第五章 晶体生长与晶体缺陷2
1.晶界：晶界就是空间取向(或位向)不同的相邻晶粒之间的分界 面。根据晶界两侧晶粒的位向差不同,分为两大类：
(1)小角度晶界 晶界两侧 的晶粒位向差很小。可看 成是一系列刃位错排列成 墙，晶界中位错排列愈密， 则位向差愈大。
晶体缺陷按范围分类：
1. 点缺陷
在三维空间各方向上尺寸都很小，在原子尺寸 大小的晶体缺陷。 2. 线缺陷 在三维空间的一个方向上的尺寸很大(晶粒数量 级)，另外两个方向上的尺寸很小(原子尺寸大小) 的晶体缺陷。其具体形式就是晶体中的位错。 3. 面缺陷
在三维空间的两个方向上的尺寸很大(晶粒数量级)，另 外一个方向上的尺寸很小(原子尺寸大小)的晶体缺陷。
(2)大角度晶界 晶界两侧 的晶粒位向差较大，不能用 位错模型。关于大角度晶界 的结构说法不一，晶界可视 为2—3(5)个原子的过渡层， 这部分的原子排列尽管有其 规律，但排列复杂，暂以相 对无序来理解。
2．相 界
由于合金中各种相的成分、晶体结构或点阵常数不同,相界 面的结构也不尽相同。根据原子在相界面上排列的特点，相界 分为三类： 共格界面
§5.8 点缺陷
1.点缺陷
在三维空间各方向上尺寸都很小，在原子尺寸大小的晶体缺陷。
2.点缺陷的类型
1) 空位
晶格结点位置应有原子的地方空缺，这种缺 陷称为“空位”。
2）间隙原子
在晶格非结点位置，往往是晶格的间隙，出 现了多余的原子。它们可能是同类原子， 也可能是异类原子。
3）异类原子
在一种类型的原子组成的晶格中，不同种类 的原子替换原有的原子占有其应有的位置。
界面上的原子同时位于相邻两相晶体结构的阵点上,为两相所 共有。由于不同的相在晶体结构或原子间距上总会有些差异,为了 保持界面上的共格,除了两相之间应具有特殊的取向关系外,界面周 围的原子还必须产生一定的弹性畸变。
《结晶学》第5章晶体生长
§5.1形成晶体的方式
晶体是在物相转变的情况下形成的。物相 有三种，即气相、液相和固相。只有晶体才是 真正的固体。由气相、液相转变成固相时形成 固体，固相之间也可以直接产生转变。
具体方式
1、气体凝华结晶：气态物质不经过液态阶段直接转变 成固体。 如:雪花就是由于水蒸气冷却直接结晶而成的晶体。
2、熔融体过冷却结晶：当温度低于熔点时，晶体开 始析出，也就是说，只有当熔体过冷却时晶体发生。
于另一些部位。
由于体系中存在某种不均匀性，如 溶液中悬浮地杂质微粒，容器壁上 凹凸不平，或人为地放入籽晶或成
核剂等。
§5.3晶体的生长
晶核形成后，将进一步成长。 下面介绍关于晶体生长的几种理论。
1．层生长理论
它是论述在晶核的光滑表而上生长一层 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角的位置。
§5.7晶体的溶解与再生
1．晶体的溶解
把晶体置于不饱和溶液中晶体就开始溶解。由于 角顶和棱与溶剂接触的机会多，所以这些地方溶解得 快些，因而晶体可溶成近似球状。
晶面溶解时，将首先在一些薄弱地方溶解 出小凹坑，称为蚀像。
思考: 晶面的溶解与晶面的面网密度有没有关系？
不同网面密度的晶面溶解时，网面密度 大的晶面先溶解，因为网面密度大的晶面网 面间距大，容易破坏。
1、介质达到过饱和、过冷却阶段； 2、成核阶段； 3、生长阶段。
成核作用与晶核
晶核：从介质中析出，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：形成结晶相微粒的作用。
以溶液情况为例，说明成核作用的过程
设单位体积溶液本身的自由能为g液 从溶液中析出的单位体积结晶相自由能为g晶
在不饱和溶液中，g液＜g晶，不会析晶； 在饱和溶液中，g液＞g晶，会不会析晶？
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第五章晶体生长与晶体合成
主讲人: 张华
Email: zhanghjy@
金属、非金属、化学化工、药物食物、配合物、纳米配合物、纳米
晶体生长晶体合成
1. 晶体生长基本理论
1.1 成核理论
1.1.1 均匀成核
1.1.2 非均匀成核
1.1.3 成核的原子理论
1.1.1 均匀成核
o晶体生长是从成核开始的
o成核的概念
o成核是相变过程
o均匀成核与非均匀成核的定义：空间各点出现晶芽的概率
o基本思想：宏观热力学量，新相形成时吉布斯自由能的变化∆G
∆G ＝∆G V +∆G S
∆G V ：体积自由能的变化<0
∆G S ：界面的表面自由能的变化>0
临界晶核半径r c
1.1.2
非均匀成核
在相同相变驱动力的条件下，对于在自由空间所产生的球状晶核和在外来基底平面上所产生的晶核相比,两者的临界晶核半径r 的大小应该是―样的。
f (θ)见页106
非均匀成核实例
非均匀成核基底o
雨雪o
冰雹o
制糖、制盐工业o 钢铁工业中的铸锭、铸
件
o 人工降雨、雾和雹的消
除o 固体杂质o 容器壁o 籽晶
3，用稳定的聚集体（原子团）代替临界晶核4，可以形成非晶体学对称关系的多面体。
o 原子模型
1.2.1 界面粗糙度因子α
1.2.2 生长驱动力∆G/kT 与α对界面粗糙度的影响
1.2.3 界面稳定性1.2 界面状态及稳定性
o双层模型
）
1.2.1 界面粗糙度因子α
光滑面x = N ’/N = ?粗糙面50%0或100%
N ’属于晶相原子的生长基元数目
N 单原子层中可利用的生长位置的数目
X 晶相原子分数
界面自由能变化与x 的关系，见公式5.14/5.15
粗糙度因子相变熵界面取向因子
1.2.2 生长驱动力∆G/kT与α对界面粗糙度的影响
o生长驱动力，过饱和度，过冷度，化学势差
o结论：
界面粗糙度越大，
生长速率越大，越
易形成枝晶，越不
稳定。
1.2.3 界面稳定性
o界面粗糙度越大，生长速率就越大，越易形成枝晶；
o界面粗糙度越小，生长速率就越小，形成的是光滑的晶面；
o形成枝晶意味着界面不平衡，不稳定。
o只有当界面处于稳定的条件下，晶体的生长速率是可以控制的。
o影响稳定性的因素：温度梯度，浓度梯度，生长速率梯度和界面能效应等
1）温度梯度
固-液界面前沿液体的温度分布
（a）正温度梯度（b）负温度梯度
2）浓度梯度
图5.9 界面前沿某元素的浓度分布图5.10 界面前沿各种温度分布
界面浓度的提高将改变凝固点温度凝固点实际
成分过冷/组分过冷
晶体生长的基本过程
o从宏观角度看,晶体生长过程是晶体—环境相(蒸气、溶液、熔体)界面向环境相中不断推移的过程,也就是由包含组成晶体单元的母相从低秩序相向高度有序晶相的转变。
o从微观角度来看,晶体生长过程可以看作一个“基元”过程,所谓“基元”是指结晶过程中最基本的结构单元,从广义上说, 可以是原子、分子,也可以是具有一定几何构型的原子(分子)聚集体。
晶体生长的三个阶段：首先是介质达到过饱和、过冷却阶段；其次是成核阶段，即晶核形成阶段；最后是晶体的生长阶段。
一旦晶核形成后，就形成了晶－液界面，在界面上就要进行生长，即组成晶体的原子、离子要按照晶体结构的排列方式堆积起来形成晶体。
1.3 晶体生长的界面机制（微观）
1.3.1 完整光滑界面生长机制
1.3.2 非完整光滑界面生长机制
1.3.3 其它位错生长机制(刃型位错、层错) 1.3.4 孪晶凹角机制
1.3.5 负离子配位多面体生长基元理论模型
1.3.1 完整光滑界面生长机制
o即成核生长理论模型
o科塞尔－斯特兰斯基（Kossel-Stranski）
o关键问题：
如何在界面上找出最佳生长位置？
1.3.2 非完整光滑界面生长机制
o螺型位错生长机制
o BCF理论模型(Buston, cabresa, Frank)
o基本思想：螺型位错露头点可以作为晶体生长的台阶源，永不消失，因此不需要形成二维
核，在很低的过饱和度下可生长
图5.12螺型位错在晶面上形成台阶源图5.13螺型位错生长示意图
印度结晶学家弗尔麻
（Verma）1951年对SiC晶体表面上的生长螺旋纹（右图）及其他大量螺旋纹的观察，证实了这个模型在晶体生长中的重要作用。
1.3.3 其它位错生长机制
o刃型位错和层错都可为晶体生长提供永不消失的台阶源
1.3.4 孪晶凹角机制
“基元”过程的主要步骤：
1.3.5 负离子配位多面体生长基元
1.4 相图在晶体生长中的应用
1.4.1 相图在单晶生长中的应用
1.4.2 相图在提纯中的应用——区熔提纯
1.5 远离平衡条件下枝状晶体的生长
1.5.1 枝晶与密枝
1.5.2 分形
1.5.3 天然菊花石
1.5.1
枝晶与密枝
枝晶：有明显主
干，主干旁边有许
多侧枝
1.5.2 分形
分形是一种比枝晶生长饱和
度更大,即生长驱动力更大的一种远离平衡态的晶体生长形态。
分形生长远离平衡态更远，因而更加不容易重复地进行实验，也就不容易得到关于其形成的-般规律。
Au/Ge分形
1.5.3 天然菊花石
2. 晶体生长实验方法
2.1 从熔体中生长晶体
o从熔体中生长单晶体是最早研究方法之一，也是研究得最为广泛的一种技艺，它对现代科学技术的发展起着关键性的作用。
o当结晶物质的温度髙于熔点时，它就熔化为熔体。
当熔体的温度低于凝固点时，熔体就转变为结晶固体，因此，晶体从熔体中生长，只涉及到固-液相变过程。
o熔体生长单晶首先要在熔体中引入籽晶，控制单晶成核，然后在籽晶与熔体相界面上进行相变，使其逐渐长大。
为了促进晶体不断长大，在相界面处的熔体必须过冷，而熔体的其余部分则必须处于过热状态,使其不能自发结晶。
提拉法
o1950年生长单晶G e
o原理：在籽晶上重结晶
o影响因素：提升速度
(0.1~2.0m m/h)；熔体温度
o优点：直接观察生长过程；生长速度可调，也较快；可用于从助熔体剂中生长单晶
o驱动力：过冷度
坩埚下降法
优点：密闭坩埚内；在高压制备
焰熔法
优缺点：
快速生长；
温度高（最高4000）
温度梯度大
火焰是还原性气氛，限制了应用范围
粉末材料必须是细颗粒
<1u m，比重小
2.2 从溶液中生长晶体
由两种或两种以上的物质组成的均匀混合物称为溶液，溶液是由溶质和溶剂组成。
从溶液中生长晶体的基本原理：将待结晶的物
质溶解在溶剂中，控制适当的条件使溶液处于过饱和状态，让晶体在过饱和溶液中的亚稳区生长。
由溶液中生长晶体
2.2.1 低温溶液生长
低温：从室温到75 o C
从低温溶液中培育单晶的最显著优点：(1) 晶体可以在远低于熔点温度的条件下生长，可用加热器和培育容器易于选择；
(2)容易生成大块的均匀性好的晶体。
(3) 所生长出的晶体外形完整，同时可用肉眼观察晶体生长全过程，这对研究晶体生长形态与动力学提供了方便的条件。
当然，也存在着如下的主要缺点：
(1)溶液的组成较多，溶液中的杂质总是不可避免，因此影响晶体生长的因素较复杂。
(2)晶体生长速率慢，因此单晶生长的周期长。
(3)从水或重水溶液中生长的晶体易于潮解，而且使用温度范围亦窄.
从低温溶液中生长单晶的最关键因素是控制溶液的过饱和度，只有在稳定的过饱和溶液屮生长才能确保晶体质量
2.2.2 高温熔液生长
高温熔液约在300 o C以上，生长晶体十分类似于低温溶液法，它是将晶体的原成分在高温下熔解于助熔剂中，以形成均匀的饱和熔液，晶体是在过饱和熔液中生长，因此也叫助熔剂法，或盐熔法。
高温熔液法生长晶体具有一些优点：
(1)这种方法适用性强，几乎对所有的晶体材料都能找到一些适当的助熔剂来进行晶体生长。
(2)许多难熔的化合物或在熔点较易挥发的晶体材料可选取适当的助熔剂来进行晶体生长，而选择助熔剂是个重要的关键，要求它不与生长晶体原料起化合作用。
(3)设备较简单，坩埚、单晶炉热源和控温装置等均属于一般要求的装置。
髙温熔液生长晶体的缺点如下：
(1)晶体生长速率较慢，晶体生长周期较长。
(2)在晶体生长过程中，不易观察生长现象。
(3)许多助熔剂往往带有毐性，有害人身健康。
(4)一般所生长出来的晶体，其尺寸较小。
髙温熔液生长的关键是找出合适的助熔剂。