固态物质分为晶体和非晶体。晶体分为单晶体,多晶体。 晶体
晶体有三个特征:
⑴晶体有一定的几何外形;
⑵晶体有固定的熔点;
⑶晶体有各向异性的特点。
单晶体是原子排列规律相同,晶格位相一致的晶体。例如:单晶硅。、
单晶体:整块晶体由一颗晶粒组成,或是能用一个空间点阵图形贯穿整个晶体。
多晶体是由很多排列方式相同但位向不一致的小晶粒组成。例如:常用的金属。
多晶体:整块晶体由大量晶粒组成,或是不能用一个空间点阵图形贯穿整个晶体。
单晶体具有晶体的三个特征。
多晶体具有前两项特征,但具有各向同性的特点。
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晶体,固相之间也可以直接产生转变。
晶体生成的一般过程是先生成晶核,而后再逐渐长大。一般认为晶体从液相或气相中的生长有三个阶段:
①介质达到过饱和、过冷却阶段;
②成核阶段;
②生长阶段。
在某种介质体系中,过饱和、过冷却状态的出现,并不意味着整个体系的同时结晶。体系内各处首先出现瞬时的微细结晶粒子。这时由于温度或浓度的局部变化,外部撞击,或一些杂质粒子的影响,都会导致体系中出现局部过饱和度、过冷却度较高的区域,使结晶粒子的大小达到临界值以上。这种形成结晶微粒子的作用称之为成核作用。
介质体系内的质点同时进入不稳定状态形成新相,称为均匀成核作用。
在体系内的某些局部小区首先形成新相的核,称为不均匀成核作用。
均匀成核是指在一个体系内,各处的成核几率相等,这要克服相当大的表面能位垒,即需要相当大的过冷却度才能成核。
非均匀成核过程是由于体系中已经存在某种不均匀性,例如悬浮的杂质微粒,容器壁上凹凸不平等,它们都有效地降低了表面能成核时的位垒,优先在这些具有不均匀性的地点形成晶核。因之在过冷却度很小时亦能局部地成核。
在单位时间内,单位体积中所形成的核的数目称成核速度。它决定于物质的过饱和度或过冷却度。过饱和度和过冷却度越高,成核速度越大。成核速度还与介质的粘度有关,粘度大会阻碍物质的扩散,降低成核速度. 晶核形成后,将进一步成长。下面介绍关于晶体生长的两种主要的理论[1] 。
科塞尔(Kossel,1927)首先提出,后经斯特兰斯基(Stranski)加以发展的晶体的层生长理论亦称为科塞尔—斯特兰斯基理论。
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。质点在此位置上与晶核结合成键放出的能量最大。因为每一个来自环境相的新质点在环境相与新相界面的晶格上就位时,最可能结合的位置是能量上最有利的位置,即结合成键时应该是成键数目最多,释放出能量最大的位置。由此可以得出如下的结论即晶体在理想情况下生长时,先长一条行列,然后长相邻的行列。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,用它可以解释如下的一些生长现象。