晶体生长复习题.doc
(完整word版)《结晶学与矿物学》期末复习题
《结晶学与矿物学》复习题一．名词解释并举例：1晶体与非晶质体晶体:内部质点在三维空间呈周期性平移重复排列形成的具有格子构造的固体。
或具有格子状构造的固体非晶质体：内部质点在三维空间不呈规律性重复排列的固体。
或：不具有格子状构造的固体2聚形纹与聚片双晶纹；聚形纹—由不同单形交替生长形成的,仅见于晶体表面,分布服从晶体的对称性.如水晶的晶面条纹聚片双晶纹—双晶结合面的痕迹,晶体内外均可见3面角守恒定律与布拉为法则面角守恒定律：成分和结构均相同的所有晶体，对应晶面夹角恒等.如不同形态的石英，其对应晶面的夹角相等布拉为法则：实际晶体的晶面常常平行于面网密度最大的面网。
4类质同象与同质多象类质同象:晶体结构中某种质点（原子、离子或分子）被其他类似的质点所代替,仅晶格常数发生不大的变化,而结构型式并不改变的现象,如菱锰矿中的镁被铁代替，结构形式不变同质多象：同种化学成分的物质，在不同的物理化学条件下,形成不同结构的晶体的现象.如CaCO3在不同条件下可以形成方解石和文石5双晶与平行连生双晶：由两个互不平行的同种单体，彼此间按一定的对称关系相互取向而组成的规则连生体.如钠长石的聚片双晶平行连生：由若干个同种的单晶体，按所有对应的结晶方向（包括各个对应的结晶轴、对称要素、晶面以及晶棱方向）全都相互平行的关系而组成的连生体.平行连生也称平行连晶.如萤石立方体的平行连生6层状硅酸盐的二八面体型与三八面体型结构在四面体片与八面体片相匹配中，［SiO4]四面体所组成的六方环范围内有三个八面体与之相适应.当这三个八面体中心位置为二价离子（如Mg2+）占据时，所形成的结构为三八面体型结构；如Mg3[Si4O10］(OH）2。
若其中充填的为三价离子(如Al3+)，则这三个八面体位置将只有两个离子充填,有一个是空着的，这种结构称为二八面体型结构。
如Al2［Si4O10］(OH）27点群与空间群点群——晶体外部对称要素的组合。
（对称型) 32种空间群——晶体内部结构所有对称要素的组合。
结晶学试题及答案
结晶学试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 下列哪种物质属于晶体？A. 玻璃B. 珍珠C. 橡胶D. 食盐答案：D2. 结晶学中，晶体的对称性由什么决定？A. 原子大小B. 原子间距离C. 晶体的晶格结构D. 晶体的颜色答案：C3. 下列哪项不是晶体的基本性质？A. 各向异性B. 自范性C. 均匀性D. 可塑性答案：D4. 晶体生长的驱动力是什么？A. 温度升高B. 压力增大C. 化学势梯度D. 重力作用答案：C5. 晶体的晶面间距与晶面指数之间的关系是什么？A. 正比关系B. 反比关系C. 没有关系D. 指数关系答案：B6. 下列哪种晶体结构不属于七大晶系？A. 立方晶系B. 四方晶系C. 三方晶系D. 十二面体晶系答案：D7. 布拉格定律适用于哪种类型的晶体？A. 单晶B. 多晶C. 非晶D. 纳米晶答案：A8. X射线衍射分析中，布拉格定律的公式是什么？A. nλ = 2d sinθB. nλ = d sinθC. nλ = d cosθD. nλ = 2d cosθ答案：A9. 下列哪种物质不具有晶体结构？A. 金刚石B. 石墨C. 沥青D. 石英答案：C10. 晶体的熔点与其对称性有什么关系？A. 熔点随对称性增加而升高B. 熔点随对称性增加而降低C. 没有关系D. 熔点与对称性成指数关系答案：B二、填空题（每题2分，共20分）11. 结晶学中的“晶格”指的是_____________________。
答案：晶体内部的三维结构排列12. 晶体的三个基本特征包括____________、____________和____________。
答案：自范性、均一性和各向异性13. 晶体生长过程中，晶核的形成是____________的结果。
答案：过饱和溶液或过冷液体14. 晶体的晶面指数通常用____________表示。
答案：米勒指数15. 在晶体中，晶格常数是指晶格中相邻原子间的平均距离。
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）。
晶体化学基础复习题答案
晶体化学基础复习题答案一、选择题1. 晶体的基本结构单元是什么？A. 原子B. 分子C. 离子D. 晶胞答案：D2. 晶体的对称性是由什么决定的？A. 原子大小B. 原子质量C. 原子排列方式D. 原子电荷答案：C3. 以下哪种晶体结构不属于晶体的七大晶系？A. 立方晶系B. 四方晶系C. 六方晶系D. 八面体晶系答案：D4. 晶体的晶格常数是指什么？A. 晶胞的体积B. 晶胞的边长C. 晶胞的面积D. 晶胞的高度答案：B5. 晶体的布拉维格子是什么？A. 晶体的最小重复单元B. 晶体的宏观结构C. 晶体的微观结构D. 晶体的化学组成答案：A二、填空题6. 晶体的晶格能是指晶体中_________之间的相互作用能。
答案：晶格点阵点7. 晶体的晶面指数通常用_________表示。
答案：(hkl)8. 晶体的密堆积结构是指原子或离子在空间中以_________的方式排列。
答案：最紧密9. 晶体的熔点与其晶格能成_________关系。
答案：正比10. 晶体的X射线衍射现象是由于晶体内部_________的周期性排列所引起的。
答案：原子或离子三、简答题11. 请简述晶体和非晶体的区别。
答案：晶体具有规则的几何外形和内部原子、离子或分子的周期性排列，而非晶体则没有规则的几何外形和内部结构的周期性排列。
12. 什么是晶体的各向异性？答案：晶体的各向异性是指晶体的物理性质（如电导率、热导率等）在不同方向上表现出不同的特性。
13. 请解释什么是晶体缺陷，并简述其类型。
答案：晶体缺陷是指晶体中偏离理想周期性排列的区域，包括点缺陷（如空位、替代杂质）、线缺陷（如位错）、面缺陷（如晶界）和体缺陷（如空洞）。
四、计算题14. 假设一个简单立方晶格的晶胞边长为a，计算其晶胞体积。
答案：晶胞体积 V = a³15. 如果已知某晶体的晶格常数a和晶格能U，如何计算其晶格点阵点之间的平均作用能？答案：平均作用能 E_avg = U / (晶胞内原子数)五、论述题16. 论述晶体生长的基本原理及其在材料科学中的应用。
晶体学复习题及答案
第一章习题1.晶体与非晶体最本质的区别是什么?答：晶体和非晶体均为固体，但它们之间有着本质的区别。
晶体是具有格子构造的固体，即晶体的内部质点在三维空间做周期性重复排列。
而非晶体不具有格子构造。
2晶体具有远程规律和近程规律，非晶体只有近程规律。
2.从格子构造观点出发，说明晶体的基本性质。
答：晶体具有六个宏观的基本性质，这些性质是受其微观世界特点，即格子构造所决定的。
现分别叙述：a.自限性晶体的多面体外形是其格子构造在外形上的直接反映。
晶面、晶棱与角顶分别与格子构造中的面网、行列和结点相对应。
从而导致了晶体在适当的条件下往往自发地形成几何多面体外形的性质。
b.均一性因为晶体是具有格子构造的固体，在同一晶体的各个不同部分，化学成分与晶体结构都是相同的，所以晶体的各个部分的物理性质与化学性质也是相同的。
c.异向性同一晶体中，由于内部质点在不同方向上的排布一般是不同的。
因此，晶体的性质也随方向的不同有所差异。
d.对称性晶体的格子构造本身就是质点周期性重复排列，这本身就是一种对称性；体现在宏观上就是晶体相同的外形和物理性质在不同的方向上能够有规律地重复出现。
e.最小内能性晶体的格子构造使得其内部质点的排布是质点间引力和斥力达到平衡的结果。
无论质点间的距离增大或缩小，都将导致质点的相对势能增加。
因此，在相同的温度条件下，晶体比非晶体的内能要小；相对于气体和液体来说，晶体的内能更小。
f.稳定性内能越小越稳定，晶体的稳定性是最小内能性的必然结果。
第二章习题1.说明层生长模型与阶梯生长模型有什么联系和区别。
4.论述晶面的生长速度与其面网密度之间的关系。
答：根据布拉维法则图示可知，垂直于面网密度小的方向是晶体生长速度快的方向，垂直于面网密度大的方向是晶体生长速度慢的方向。
这样生长速度快的方向的晶面尖灭，生长速度慢的晶面保留，从而导致了实际晶面往往与面网密度大的面网平行的现象。
5.说明布拉维法则与PBC理论有什么联系和区别。
晶体生长与合成宝石-模拟题
晶体生长与合成宝石-模拟题一.单选题1.镶嵌结构属于晶体缺陷中的哪种().A.点缺陷B.线缺陷C.面缺陷D.体缺陷[答案]:D2.以下哪种是水热法合成祖母绿的典型特征().A.晶质包体B.气液固三相包体C.钉状固液包体D.内部洁净[答案]:C3.助熔剂法合成祖母绿时,常用的助熔剂属于哪一类().A.极性化合物类B.简单离子性盐类C.网络液体D.复杂反应熔液类[答案]:A4.绿色人造钇铝榴石主要用于仿祖母绿,主要的合成方法是().A.冷坩埚容壳法B.晶体提拉法C.高温高压法D.焰熔法[答案]:B5.合成立方氧化锆常见的方法是().A.冷坩埚容壳法B.晶体提拉法C.高温高压法D.焰熔法[答案]:C6.合成翡翠常见的合成方法是().A.水热法B.晶体提拉法C.熔体导模法D.高温高压法[答案]:D7.合成变石猫眼常见的方法是().A.水热法B.晶体提拉法C.熔体导模法D.高温高压法[答案]:B8.在晶种触媒法合成钻石时,Ni元素可存在与钻石晶格中或晶格间隙,Ni元素可使钻石呈现().A.黄色B.蓝色C.褐黄色-深褐色D.紫色[答案]:A9.合成碳硅石常见的方法是().A.水热法B.晶体提拉法C.化学气相沉淀法D.高温高压法[答案]:C10.“猪背钻石”是指的哪一种类型的钻石().A.天然钻石B.合成钻石C.钻石与钻石二层石D.合成钻石拼合石[答案]:C二.填空题1.人造宝石是指自然界中无对应矿物的在实验室中合成的宝石,常见的人造宝石有(###).(###)和(###).[答案]:人造钛酸锶##人造钇铝榴石##人造钆镓榴石2.由液相结晶成固相包括(###)和(###)两种方式.[答案]:从溶液中结晶##从熔体中结晶3.合成变石猫眼需要在原料上加入(###)和(###)才能使晶体具有变色特征.[答案]:铬和钒4.合成立方氧化锆常用的方法是(###),加入金属锆粉或锆片的作用是(###).[答案]:冷坩埚熔壳法##引燃5.焰熔法生长宝石晶体生长过程可分为:(###).(###)和(###)三个阶段.[答案]:生长晶芽##扩大放肩##等径生长6.合成蓝色尖晶石常用的合成方法是(###).[答案]:焰熔法7.高温高压合成钻石常用的方法是(###),合成钻石过程中使用的传压机介质是(###).[答案]:晶种触媒法##叶蜡石8.按照我国国家标准规定,人工合成宝石包括(###).(###).(###)和(###).[答案]:人造宝石##合成宝石##拼合宝石##再造宝石9.晶体缺陷从范围上分为(###).(###).(###)和体缺陷.[答案]:点缺陷##线缺陷##面缺陷10.水热法生长宝石晶体生长按输运方式不同可分为(###).(###).(###)三种类型,其中使用最广泛的方法是().[答案]:温差法##摆动法##缓冷法##温差法11.根据晶体成核即晶体生长方式的不同可将助熔剂生长宝石的方法分为(###)和(###)两类. [答案]:自发成核法##仔晶生长法三.名词解释题1.合成宝石.[答案]:完全或部分由人工制造且自然界由已知对应物的晶质或非晶质体,其物理性质.化学成分和晶体结构与所对应的天然珠宝玉石基本相同.定名时必须在其对应的天然珠宝玉石名称前加”合成”二字.2.晶体与非晶体.[答案]:晶体是具有格子状构造的固体,其内部结构最基本的特征是质点在三维空间做有规律的周期性重复排列,如钻石.红宝石.蓝宝石等;非晶体是内部质点排列无规律.不具格子构造的无定形体.如玻璃.树脂.松香等.3. 仿宝石[答案]:用于模仿天然珠宝玉石的颜色,外观和特殊光学效应的人工宝石以及用于模仿另外一种天然珠宝玉石的天然珠宝玉石可称为仿宝石.仿宝石一词不能单独作为珠宝玉石的名称使用.定名时应在所模仿天然珠宝玉石名称前,冠以仿字，如仿祖母绿,仿珍珠等,或者应尽量确定给出具体珠宝玉石名称.4.临界晶核[答案]:在熔体中能单独存在并可以继续发育成晶体的最小晶核颗粒.5.晶体缺陷[答案]:晶体在生长过程中各种偏离晶体构造中质点周期性重复排列的现象.[一级属性]:[二级属性]:[难度]:[公开度]:6.人造宝石[答案]:由人工制造并且自然界无已知对应物的晶质或非晶质体.7.退玻璃化作用[答案]:由非晶质转化为晶体的过程,称为退玻璃化作用.四.问答题1.影响晶体生长的环境因素有哪些.[答案]:温度的影响;过饱和浓度的影响;杂质的影响;粘度的影响;重力的影响;压力的影响及位置的影响..2.焰熔法合成尖晶石与天然尖晶石的鉴定特征.[答案]:正交偏光镜下,合成尖晶石呈班纹状的异常消光现象,绝大多数的折射率为1.727,而大多数天然尖晶石的折射率<1.720;吸收光谱:由钴致色的蓝色尖晶石具有典型的钴吸收光谱,在红.橙.绿区有三条强吸收带;内部包裹体:合成尖晶石常可见弯曲生长纹和气泡,滤色镜下,钴致色的合成蓝色尖晶石滤色镜下变红.3.合成变石猫眼常见的合成方法及主要鉴定特征.[答案]:熔体导模法,晶体通常不存在未熔化的粉料包裹体,但可能存在导模金属的固体包裹体;存在籽晶及其缺陷:因为熔体导模法与提拉法一样使用了籽晶,所以生长出的晶体必然有籽晶的痕迹,并且籽晶的缺陷也可进入导模法生长的晶体中;气态包裹体,熔体导模法生长的晶体常含有气态包裹体.晶体内部可发现直径在0.25～0.5μm范围大小的气泡,且气泡分布不均匀4.水热法合成水晶的基本原理.[答案]:水晶的基本结构是由硅原子和氧原子构成的硅氧四面体.当铁元素进入晶体结构后,便可以三价形式替代四面体中心的硅,或以原子形式填充到相邻四面体间的空隙中.当铁硅发生替代后,中心原子价态由四价变成三价,三价铁形成[FeO4]5色心,替代后晶体内形成的负电荷由碱金属阳离子(如Na+.Li+)或质子(H+)进入水晶晶体中和.形成的[FeO4]5－心几乎不吸收可见光,需经过强度为5～6MRad的离子流或电子流进行辐照处理,使[FeO4]5－心转变为[FeO4]4-色心.转变后的[FeO4]4-色心可以吸收可见光波中的560～530nm的黄绿色光,使水晶产生被吸收光的补色—紫色色调.因此在K2CO3溶液中生长紫水晶,实际上是将三价铁引入无色水晶晶体,再通过辐照处理形成电子—空穴色心的过程.5.简述CVD合成钻石的鉴定特征.[答案]:原石形态:扁平状,切磨的成品往往也是扁平的.体色:浅褐色,经高温高压处理后为白色.异常消光:在正交偏光镜某一方向具有明暗相间的条带状异常消光.紫外荧光:紫外光下,未经高温高压处理的呈现橙色荧光.阴极发光颜色:未经高温高压处理的呈现橙色荧光,经过处理后呈黄绿色荧光,阴极发光图案:具有楔形的纹理.缺失415nm吸收线:分光镜和光谱仪测试不到415吸收线,原因是IIa型钻石,或者没有3N集合体.6.简述祖母绿常见的合成方法及鉴定特征.[答案]:水热法合成祖母绿特征:仅含有I型水,内部含有仔晶片,气液包体,气泡群及籽晶片,放大检查具有水波纹特征,在籽晶周围会产生深浅不一的生长纹理并平行于籽晶生长方向.助熔剂法合成祖母绿特征:内部没有水,含有不同类型的包裹体(1)弯曲的.像面纱或稻草把似的羽状包裹体类型:此类包裹体是由未熔化的熔质原料形成,是助熔剂法生长祖母绿晶体中典型的包裹体.它可以呈不规则的,似上升扭曲的网格状,也可以象在平的薄板中,且包裹体垂直于光轴.(2)楔形钉状包裹体类型该类包裹体由硅铍石的细小晶体成核引起,也可以由封闭的圆锥形包体或籽晶片组成.(3)二相包裹体类型这种包裹体的形状是一个充满流体的腔,中间有一个气泡,有的也可在大的钉状包裹体的头部出现.7.分析对比焰熔法.水热法及提拉法合成红宝石的特征,并根据其工艺过程及成本说明其价格相对大小.[答案]:焰熔法生长的合成红宝石的生长纹为弧形,并贯穿整个样品,即使无气泡,生长纹也较常见;合成的刻面红宝石在台面方向上有二色性,而天然的刻面红宝石在台面方向无二色性,在腰围方向才显二色性.在紫外光照射下,焰熔法生长的合成红宝石的荧光性强于天然红宝石(包括长.短波紫外光),呈中强～强的红色荧光.水热法合成:存在气液包裹体,气泡群及籽晶片.放大检查,在暗域场下,合成红宝石晶体存在暗红与橙红色生长纹理,呈平直带状相间分布,外观似聚片双晶;在亮域场下(辅以蓝色滤色片),部分合成黄色蓝宝石晶体内微波纹状生长纹理较发育,这种生长纹理的分布多具方向性,并沿籽晶片方向展布.助熔剂法合成:助熔剂法合成的红宝石中可见黄色至粉红色块状助熔剂包裹体,呈典型的平行条带状或云朵状,有时看起来象小水滴或虚线或粘带状;助熔剂法合成的红宝石中还常见一种呈金属光泽,三角形或六边形及其它自形的铂金包裹体;籽晶法生长的红宝石晶体,在显微镜下观察,在籽晶周围可见到特有的云朵状气泡集合体或条帚状包裹体,也偶尔可见粗粒助熔剂包裹体和有蓝色边缘的籽晶;对助熔剂法生长的红宝石进行成分分析,可有Pb.B等助熔剂阳离子的存在;助熔剂法合成的红宝石在短波紫外光下呈中～强的红色荧光,与天然红宝石(呈弱～中红色荧光)不同,可以进行鉴别.三者之间的合成质量一般是助熔剂法合成红宝石质量较好,其次是水热法,最后是焰熔法.因此其价格变化一般也是助熔剂法最高,其次是水热法,相对最便宜的是焰熔法合成红宝石..7.简述焰熔法合成宝石的共同特征.[答案]:(1)宝石内部无气液二相包体,但可能会有气泡,大小不一,可能单独出现,也可能成群出现.(2)横截面会有密集的弧形生长环带或色带,常伴有与条纹方向垂直的拉长形气泡;(3)常含有面包渣状未熔的粉料包裹体;晶体易产生裂隙,镶嵌结构等缺陷,晶体呈桶状,颜色鲜艳.8.简述水热法合成宝石过程中影响宝石晶体生长的因素.[答案]:溶液的过饱和度;矿化剂(溶剂)的性质和浓度;对流挡板;生长区温度与温差;压力和充填度;杂质;籽晶取向和培养料等.9.助熔剂法合成红宝石的鉴定特征.[答案]:助熔剂法合成红宝石中的气泡单体间似连非连,与周围反差大;宝石内部可见黄色至粉红色块状助熔剂包裹体,呈平行条带状或云朵状,也可能含有三角形或六边形的金属包裹体;成分中含有铅等助熔剂阳离子.荧光相对较强10.合成碳硅石与钻石的鉴定特征.[答案]:合成碳硅石的折射率很高,为2.65～2.69;具强双折射,其双折率为0.043,因而从其风筝面和上腰小面向下观察,可看到底尖部位重影.放大检查,可发现合成碳硅石的内部含有细长的管状物.不规则空洞.小的SiC晶体.负晶及深色具金属光泽的球状物.11.简述水热法合成红色绿柱石的主要鉴定特征.[答案]:水热法合成红色绿柱石晶体呈现红色或橙红色,晶体中没有明显的色带,晶体外形呈扁平状,且伸长方向为平行于籽晶方向;折射率高于天然红色绿柱石,内部可观察到垂直于籽晶片方向的V字形交叉生长纹,晶体中含有液态或气液包体,偶尔可见孤立的气液或固体包裹体;合成红色绿柱石中含有Co和Ni离子,而天然红色绿柱石中没有;红外光谱中3200-4200波数中含有水的吸收.12.列出三种常见钻石仿制品的合成方法及鉴定特征.[答案]:1)焰熔法合成金红石.密度(4．24～4．26g／cm3)及摩氏硬度低等性质进行辨别,也可用分光镜进行快速鉴别.黄绿色金红石的吸收光谱在430nm处有一强吸收带,是金红石晶体的特征吸收.2)焰熔法合成人造钛酸锶折光率(2．409)高.色散(0．190)高.密度(5.13g／cm3)高.摩氏硬度(5～6)低.肉眼观察人造钛酸锶戒面时,其极高的色散十分醒目,几乎每一个小刻面均能反射色彩.放大检查时仔细观察,会发现人造钛酸锶刻面宝石的腰围处有明显的磨盘擦痕;并且检查台面抛光情况,可发现有细痕.另外,用手拈较重.3)冷坩埚熔壳法合成立方氧化锆(1)热导仪测试合成立方氧化锆的热导率远远低于钻石,用热导仪测试时没有钻石反应.(2)凭手感区分合成立方氧化锆的密度比钻石大得多,同样大小的晶体放在手心中,合成立方氧化锆有压手的感觉.(3)油笔测试钻石亲油疏水,用油笔在刻面上画线,线条连贯;而立方氧化锆晶体亲水疏油,用油笔在刻面上画出的线条断断续续,不连贯.(4)成品刻面检验在白纸上划红线,将刻面宝石的台面向下放置,从亭部观察,看不到红线者为钻石,能看到弯曲线者为立方氧化锆.(5)10X放大镜观察一般钻石有细小包体,刻面交棱较锐利,有时腰围上可见天然晶面;而立方氧化锆则过于洁净,刻面交棱可有磨痕.13.晶体与非晶体的区别.[答案]:晶体与非晶体的内部结构不同;外部形状不同;均一性不同;分布范围不同;晶体与非晶态在一定条件下可以相互转化.14.焰熔法合成红宝石的鉴定特征.[答案]:焰熔法生长的合成红宝石的生长纹为弧形,并贯穿整个样品,即使无气泡,生长纹也较常见;合成的刻面红宝石在台面方向上有二色性,而天然的刻面红宝石在台面方向无二色性,在腰围方向才显二色性.在紫外光照射下,焰熔法生长的合成红宝石的荧光性强于天然红宝石(包括长.短波紫外光),呈中强～强的红色荧光.15.简述水热法合成水晶中的晶体缺陷.[答案]:(一)水热法合成水晶中常见的双晶有四种:凹陷型双晶.多面体双晶.鼓包双晶和花絮状双晶,(二)含有晶须状固体包体和长条状液体包体,(三)位错和腐蚀隧道,(四)生长条纹16.分析助熔剂法合成祖母绿中的包裹体特征.[答案]:(1)弯曲的.像面纱或稻草把似的羽状包裹体类型此类包裹体是由未熔化的熔质原料形成,是助熔剂法生长祖母绿晶体中典型的包裹体.它可以呈不规则的,似上升扭曲的网格状,也可以象在平的薄板中,且包裹体垂直于光轴.(2)楔形钉状包裹体类型该类包裹体由硅铍石的细小晶体成核引起,也可以由封闭的圆锥形包体或籽晶片组成.(3)二相包裹体类型这种包裹体的形状是一个充满流体的腔,中间有一个气泡,有的也可在大的钉状包裹体的头部出现.(4)小的堆积状晶体类型据推测,此类包裹体是由硅铍石晶核堆积而成.(5)稀有的大圆锥形暗褐色包裹体类型此类包裹体看上去似由多晶体形成17.简述钻石的主要合成方法及鉴定特征.[答案]:(1)高温高压合成钻石:.原石形态:六面体和八面体的聚形,树枝状的晶面花纹.体色:多为黄色,或者蓝色.可经辐照处理成各种颜色的彩色钻石.云雾状包体:宝石显微镜暗域照明下呈白色的云雾体.铁镍合金包体:宝石显微镜反射光下呈金属光泽的固体包体,透射光下不透明.磁性较强:铁镍合金包体多的合成钻石可被磁铁吸引.导电性:有些合成钻石具有导电性,因过多的铁镍合金包体造成.较弱的异常消光:在正交偏光镜下异常消光不强.紫外荧光:短波荧光强于长波荧光.缺失415nm吸收线:分光镜和光谱仪测试不到415吸收线,原因是没有3N集合体.沙钟状生长区:用阴极发光或紫外发光仪观察到不同于天然钻石的生长带.(2)CVD合成钻石.原石形态:扁平状,切磨的成品往往也是扁平的.体色:浅褐色,经高温高压处理后为白色.异常消光:在正交偏光镜某一方向具有明暗相间的条带状异常消光.紫外荧光:紫外光下,未经高温高压处理的呈现橙色荧光.阴极发光颜色:未经高温高压处理的呈现橙色荧光,经过处理后呈黄绿色荧光,阴极发光图案:具有楔形的纹理.缺失415nm吸收线:分光镜和光谱仪测试不到415吸收线,原因是IIa型钻石,或者没有3N集合体18.根据国内外市场合成宝石的发展与现状,分析合成宝石的优缺点.[答案]:优点:人工合成宝石与天然宝石相比更侧重于美丽的特征和具有装饰的价值.就美丽和装饰而言,人工合成宝石可以与天然宝石相媲美,有时甚至超过了天然宝石.人工合成宝石的出现弥补了天然宝石的不足,缓解了宝石供需矛盾,丰富了宝石市场,为美化人民生活做出了贡献.缺点:人工合成宝石可以在短时期内从实验室或工厂里被大量生产出来,而不象天然宝石那样往往经历了数百万年以上的时间才能形成,并且产量极其有限.发展:因而在经历了近百年的发展后,至今仍兴盛不衰,与天然宝石互为补充形成并行不悖的局面.由此可见,人工合成宝石的研究很有前途,且大有可为.随着科学技术的飞速发展,人工合成宝石技术将日新月异,人工合成宝石事业也将更加兴旺发达,蒸蒸日上.。
结晶学矿物学总复习题
结晶学矿物学总复习题《结晶学与矿物学》复习题⼀、名词解释并举例：1、晶体；2、⾯⾓守恒定律；3、晶⾯符号；4、单形、结晶单形、⼏何单形、⼀般形、特殊形；开形、闭形；左形、右形；正形、负形；定型、变形；5、单体；6、聚形及聚形相聚的原则；7、平⾏连⽣；8、双晶；9、空间格⼦；10、点群与空间群；11、等效点系；12、晶体化学；13、鲍林法则14、类质同象；15、同质多像；16、型变（晶变）；17、多型；18、矿物；19、单晶体、单形；19、⾃⾊、假⾊与他⾊；20、荧光与磷光；21、解理；22、矿物的弹性和挠性22、矿物标型与标型矿物；23、共⽣、伴⽣；24、正尖晶⽯结构、反尖晶⽯结构； 25、四⾯体⽚、⼋⾯体⽚；26、⼆⼋⾯体、三⼋⾯体；27、⽂象结构；28、条纹长⽯、正条纹长⽯、反条纹长⽯；。
⼆.填空和选择填空题：1.晶体的基本性质有⾃限性，均⼀性，异向性，对称性，最⼩内能，稳定性。
2.蓝晶⽯的⼆硬性反映晶体的异向性。
（⾮均⼀性；可变性；异向性；⾃限性）3.矿物的⾃形晶反映晶体的⾃限性。
（选项：均⼀性；稳定性；异向性；⾃限性）4.晶体⽣长的基本理论是层⽣长理论，螺旋⽣长理论。
5.关于布拉维法则说法不正确的是：（选项：实际晶体的晶⾯往往平⾏于⾯⽹密度⼤的⾯⽹；⾯⽹密度越⼤，与之平⾏的晶⾯越重要；⾯⽹密度越⼤，与之平⾏的晶⾯⽣长越快；⾯⽹密度越⼤，与之平⾏的晶⾯⽣长越慢）。
实际晶体的晶⾯常平⾏⾯⽹密度最⼤的⾯⽹。
中长⽯的环带结构反映该晶体按层⽣长理论机制⽣长。
6.空间格⼦中，⽹⾯密度与对应的⾯⽹间距之间的关系为⾯⽹密度与⾯⽹间距成正⽐。
7.晶体测量的理论依据是⾯⾓守恒定律。
8.根据晶体形态鉴定歪晶最可靠的依据是晶体习性。
（选项：晶⾯数；⾯⾓；晶⾯花纹；晶体习性）9.在对称要素的极射⾚平投影中，基圆相当于⽔平对称⾯的投影，基圆的直径相当于直⽴对称⾯的投影，⼤圆弧相当于倾斜对称⾯的投影。
10.在吴⽒⽹中，基圆相当于⽔平⼤圆的投影，基圆的直径相当于直⽴⼤圆的投影，以基圆直径为弦的⼤圆弧相当于倾斜⼤圆的投影，⼩圆弧相当于直⽴⼩圆的投影。
结晶学复习题
结晶学复习题一、名词解释单形、晶体、空间格子、科塞尔原理、布拉维法那么、面角恒等定律、类质同象、同质多象、解理、断口、对称、平行连生、克拉克值、铝硅酸盐、矿物、配位数、配位多面体、双晶、假象、胶体、二八面体结构、三八面体结构、格子构造1.单形:单形是由对称要素联系起来的一组晶面的总和。
2.晶体的定义：晶体是具格子构造的固体。
3.空间格子：用以表示晶体内部质点排列的规律性。
是从实际晶体构造中抽象出来的一种由相当点排列而成的几何图形。
4.科塞尔原理：晶面生长的过程应该是先长完一条行列，然后再长相邻的行列；长满一层面网然后开始长第二层面网。
晶面〔晶体的最外层的面网〕是平行地向外推移的。
这就是科塞尔原理。
5. 布拉维法那么：生长速度大的晶面在晶体生长过程中逐渐缩小，甚至消失；而生长速度小的晶面在生长过程中扩大了，最后在保存在晶体上。
6.成分和构造相同的所有晶体，其对应晶面间的夹角恒等，这一规律称为面角恒等定律。
7.类质同象：晶体结构中某种质点〔原子、离子或分子〕被其他类似的质点所代替，仅晶格常数发生不大的变化，而结构型式并不改变的现象，如菱锰矿中的镁被铁代替，结构形式不变8.同质多象：同种化学成分的物质，在不同的物理化学条件下，形成不同结构的晶体的现象。
如CaCO3在不同条件下可以形成方解石和文石9.解理：矿物晶体在受力作用时，沿一定结晶学方向破裂成一序列光滑平面的固有特性称为解理。
这些平面称解理面。
如方铅矿的立方体完全解理10.断口：当矿物遭受超过其弹性极限的外力作用时，沿任意方向破裂成不平整的断面11.晶体具有对称性，这表现在晶体外形上是相等的晶面、晶棱和角顶有规律的重复出现。
12.平行连生:同种晶体，彼此平行地连生在一起，在连生着的晶体之间，其对应的晶面和晶棱相互平行。
13.克拉克值：元素在地壳中平均的百分含量，通常有质量克拉克值和原子克拉克值两种表示方法。
14.铝硅酸盐：在硅酸盐类中，Al3+以四次配位的形式，进入到[SiO4]四面体中，替代一局部Si4+,这种硅酸盐称为铝硅酸盐。
宝石的结晶学与晶体生长机制考核试卷
B.玉髓
C.紫水晶
D.绿松石
14.以下哪些因素可能导致晶体生长过程中的溶液过饱和度变化？（）
A.溶液温度的变化
B.溶液浓度的变化
C.溶剂蒸发
D.添加新的溶质
15.以下哪些方法可以用来控制晶体生长的形态？（）
A.控制溶液的过饱和度
B.控制晶体的生长速率
C.选择合适的溶剂
D.调整溶液的温度
16.以下哪些宝石的晶体生长速度较慢？（）
注意：此题为虚构问题，实际考试中可能出现不同类型的问题。请根据所学知识进行判断和回答。
五、主观题（本题共2小题，每题10分，共20分）
1.请描述晶体生长的界面活性理论，并举例说明它是如何影响宝石晶体形态的。（10分）
2.宝石的颜色是由哪些因素决定的？请结合结晶学原理，详细阐述宝石颜色与晶体结构、化学成分以及生长环境之间的关系。（10分）
10.（答案）
四、判断题
1. √
2. √
3. ×
4. √
5. ×
6. √
7. ×
8. √
9. ×
10. √
五、主观题（参考）
1.界面活性理论认为晶体生长受界面活性控制，界面活性高的晶面生长速度快。例如，钻石晶体中，{100}晶面因界面活性低而生长得较慢，形成八面体晶体。宝石晶体形态受界面活性影响，不同晶面的生长速度差异导致特定晶体形状的形成。
C.生长过程
D.加工工艺
2.以下哪种宝石属于等轴晶系？（）
A.钻石
B.红宝石
C.蓝宝石
D.玛瑙
3.晶体生长过程中，影响晶体形态的主要因素是（）。
A.晶体生长速度
B.溶液浓度
C.温度
D.晶体生长习性
晶体生长第七章晶体生长动力学
第七章晶体生长动力学生长驱动力与生长速率的关系（动力学规律或界面动力学规律），先解决生长机制问题。
§ 1邻位面生长——台阶动力学邻位面生长一一奇异面上的台阶运动问题1. 界面分子的势能邻位面上不同位置的吸附分子[3]界面上不同位置的势能曲线1—2 : 2 ① i+8 ① 2；1 —3 : 4 ① i+12① 2;1—4 : 6①1+12①2 分子最稳定位置（相变潜热）单分子相变潜热：I sf=W s+W k①流体分子⑴体扩散吸附分子⑵面扩散台阶分子⑶ 线扩散扭折⑷② 流体分子 ⑴ 体扩散 吸附分子⑵面扩散扭折⑷ ③ 流体分子 ⑴体扩散扭折⑷2.面扩散W s =2①严8 ①2 吸附分子 —流体需克服的势垒U 〃 吸附分子在界面振动频率吸附分子在晶 面发生漂移的机率为：exp^ s/kT)，面 扩散系数为：D ssD s =[ u // exp(- /kT)]丄吸附分子平均寿命：T s,.脱附频率s1/ s 」_exp( W s/kT)s 二丄 e>p(W s/kT)V丄Xs:吸附分子在界面停留的平均寿命T s 内，由于无规则漂移而在给定方向的迁移(分子无规则漂移的方均根偏差)X —s D s(爱因斯坦公式)1 s s X s exp[W s- s]/2kT2s s由于对一般的晶面：W - 0.45l sf -0i sf20面扩散激活能u // = u 丄s考虑脱附分子数:2X sX s 1exp[0.22l sf /kT]Xs 决定了晶体生长的途径。
3.台阶动力学一一面扩散控制台阶的运动受面扩散控制界面N o ，格点Ns 有吸附分子：:“ exp （-W k/kT ）（对单原子或简单原子，可忽略取向效应）Xs >> X o 则吸附分子均能到达台阶设台阶长度为a 则单位时间到达台阶的分子数为:2X ss 丄aTs界面某格点出现吸附分子的机率:N o若：Xs >> X 。
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1. 简述温度的物理意义。
2. How many atoms of argon at a pressure of one atmosphere are incident on a square centimeter of surface at room temperature in one microsecond?3. 简要解释晶体的扩散机理有哪两种？1000%时铜在单晶硅中的扩散系数D为10_4cm2/s,而B和P等的扩散系数约为10"14cm2/s,在集成电路制作过程中，如果我们采用1000Q C高温处理，在单晶硅上使B扩散10nm的距离，请估计铜的扩散距离为多少mm?4. 谈谈你对扩散系数的理解（气体，液体，晶体与非晶的扩散系数有什么不同？扩散系数的大小受哪些因素影响？）请写出扩散方程：Fick第一定律和第二定律的一维表达式。
并请写出一维稳态条件下Fick第二定律的表达式及其解。
5. 直径为1nm的金粒子在1000°C，含金1Q/O的玻璃衬底上成核，沉淀粒子基本上是纯金，金在玻璃中的平衡浓度1000°C时为0.1。
/。
，假设粒子生长是由扩散控制的，1000°C时金在玻璃中的扩散系数为10_w cm2s_1。
用球形粒子沉淀的稳态扩散近似计算1小时后金粒子的大小。
6. A Czochralski silicon crystal that is about one meter in length is grown in eight hours, so that a crystal can be grown by a worker in one shift. For a diffusion coefficient in the liquid D=5X l0'5cm2s'1, what is the thickness of the diffusion boundary layer?7. 晶体熔体生长的温度梯度一般为100°C/cm。
保持这样的温度梯度主要通过增加热传导的方式。
对于铝，热流量为130W/cm2,氧化铝为20W/cm2, 硅为94 W/cm2,生长直径为12-inch的硅单晶，总热流量为50kW。
如果：分凝系数/< = 0.1,液相线斜率m = 1 deg/%C，扩散系数D = 5x10~5 crrP/sec,温度梯度0 = 100°C/cm f 提拉速率v = 1 mm/min = 1/600 cm/sec，请问，不产生组分过冷的临界组分浓度为多少？8. 位错生长理论模型与Kossel理论模型比较，主要解决了什么问题？根据位错理论模型，过饱和度与晶体生长速率的关系如何？9. 在熔体中生长晶体，晶体生长速率和过冷度通常是线性关系，采用Czochralski 方法在其熔体中的生长单晶硅的速率约为5x10'5m/sec,体系的过冷度一般为0.01°C,试求硅单晶生长的动力学系数。
10. 晶体生长动力学主要研究晶体生长的微观过程及其对晶体生长速率的影响。
请简要讨论影响晶体生长速率的微观过程有哪些？11. 如果晶体生长速率由晶体界面动力学过程控制，晶体生长速率与哪些因素有关？写出晶体生长速率的表达式。
12. 什么是stepan Problems?定性描述我们采取什么方法解决stefan Problems?13. 谈谈你对晶体生长过程中分凝效应理解，分凝系数和有效分凝系数有什么区别。
请写出定向凝固方程（scheil方程）并比较与杠杆规则的区别。
14. Crystals that are grown from solution are grown much more slowly, at a rate of perhaps 1 mm/day. For a liquid diffusivity, D=5X 10'5cm2s'1, what is the diffusion length? What does this imply about the concentration in a growth vessel that is 20cm in diameter?15. the thermal diffusion length is the thermal diffusivity divided bythe growth rate. For a thermal diffusivity of 0.1cm2s"1, what is the thermal diffusion length fro the solution growth in the last problem? 16. 什么是组分过冷？定性解释组分过冷产生的原因和消除组分过冷应该采取的措施？17. 简述粗糙化过渡理论中Jackson因子的意义，Jackson因子的大小与哪些因素有关？18.解答：1. 温度通常用温度计来测量，温标是以固定温度定义的，如冰的熔点，水的沸点。
然后利用材料的热膨胀在这些点之间外推来测量温度。
温度的物理意义可以理解为温度是体系平均动能的量度，不包含势能部分。
定量表述为：kt为一个原子的热能。
2. P=1 大气压(at m)=0.101325 兆帕(MPa)= 14.696 磅/英、I 2(psi)= 1.0333 千克/厘米2(kg/cm2)=1.0133 巴(bar) t=25oC=298.15K argon 的mol 质量39.948g R=8.31 /oulesXmoKdeg argon可以看做理想气体，平均自由程:扩散系数.•原子单位时间单位面枳的流量kT — Pv2?dnkT =7.3*1020atom/cm2.s 3. 晶体的扩散机理有空穴扩散Vacancy Diffusion和间隙扩散Interstitial Diffusion两种.空穴4广散也叫取代4广散Substitution,晶体中扩散过程通常是通过空的晶格位置移动实现的，空穴扩散速率一般比液体扩散慢，扩散系数在10*1Q cm2s_1。
间隙扩散过程通常是一些元素进入其他元素的空隙，在原子空隙中间移动。
这些原子的移动速率比取代原子的速率快得多，它们不需要空穴，间隙扩散速率类似液体扩散，扩散系数的典型值在10_4cm2s_1。
L= (Dt) 1/2代入D 计算1mmJ = -D—4. dxC = ax+ b5- 3^ = 2Dt (Coo —C|)/Cp ■+■ a0 = 10-7 cm at t = 0Cp= 100%; Coo = 1%; C| = 0.1 %D = 10"10 cm 2/sect = 3600 seca2 = 2 x W 10x 3600 x (1 —0.1)/100 + 10~14=6.48 x IO,19 + 10-14 cma = 8x1 O'5 cm = 800 nm6. D = 5 x 10-5 cm 2/sec = 5x1 O'9 m 2/secv = 1/(3600 x 8) m/secDiffusion boundary layer thickness:/ D = D/v = 5x10-9 x (3600 x 8) m=1.44 x 10"4 m = 0.144 mm7.k = 0.1, m = 1 deg/%C,D = 5x10-5 ca2/sec, G = 1000/cm v = 1 ma/min - 1/600 ca/sec12. 移动边界问题。
解决问题的方式:Approximate Solutions The critical concentration above which there will be supercooling isconstitutional cC .5.J00x5xl0--x600^03%lx 0.1 -111.结晶速率可以表示为四项的乘枳，一项是两项自由能的差， 是长度，频率，和取决于界面结构的项。
另外三项分別 v = au+f u ka 是与生长单元的直径有关的距离。
v+是原子在表面活性位置进入晶体的速率。
f 取决于界面的粗糙度，是生长活性位置占界面位置的分数。
■界面移动足够慢：■Assume the interface is stationary■Calculate the diffusion field for thestationary interface■Calculate how fast the interface is movingfrom the diffusion field13. Scheil equation 又叫directional freezing 方桂0^(1-g广 1c s=kc.(卜g广114. D = 5 x IO,5 cm2/sec = 5 x 10~9 m2/secv = 10-3/(3600 x 24) m/secDiffusion boundary layer thickness:Z D = D/V = 5 x 10-9 x 103 x (3600 x 24) m=0.432 mThe concentration will be fairly uniform in a growth chamber 20 cm in diameter.17.Jackson因子是一个描述晶体生长过程的没有量纲的熵因子。
ASa > 2 smooth interfacea < 2 rough interfacea因子包含有两个影响因素，一个与相变熵的变化有关，AScL/TM,另一个T11/Z,与晶体的几何形状有关。
同一种晶体，密堆枳面的T11/Z因子最大。
对于熔化熵变小的材料，所有晶面都是粗糙面，这类材料各相同性生长，在小的界面过冷度下就可以快速生长。
对于相变熵大的材料，密堆积面为平界面，在这种面生长需要成核势垒。
非密堆枳面为粗糙界面，不需要成核势垒。