KDP晶體薄表面層形成和生長特性實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、晶體薄表面層生長現(xiàn)象是一種奇特的晶體生長現(xiàn)象，其有別于奇異面層狀生長。眾所周知，奇異面層狀生長依靠臺(tái)階推移的方式吸附溶質(zhì)分子。但薄表面層生長好比臺(tái)階懸空推移，其完全不依附于原有晶面，相比層狀生長明顯增加晶體的界面能，這是其令人驚訝之處。理論上該成核機(jī)制所需要的驅(qū)動(dòng)力明顯高于臺(tái)階推移所需要的驅(qū)動(dòng)力，但國外學(xué)者在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)兩者在相同過飽和度條件下生長速度并無明顯差異，這無疑使得薄表面層生長機(jī)制更加不可思議。除 KDP（磷酸二氫鉀晶體，KH2

2、PO4）晶體外，ADP、尿素等晶體也存在薄表面層生長現(xiàn)象，可見薄表面層生長現(xiàn)象是一種普遍存在的晶體生長現(xiàn)象。但該現(xiàn)象的內(nèi)在機(jī)制目前尚不明確，因此研究薄表面層生長機(jī)制具有重要的學(xué)術(shù)意義。KDP晶體作為典型的非線性光學(xué)材料，可實(shí)現(xiàn)激光二倍頻和三倍頻，是目前唯一可應(yīng)用于激光核聚變點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)的非線性光學(xué)材料。上世紀(jì)80年代興起的KDP晶體點(diǎn)籽晶快速生長技術(shù)在原有的基礎(chǔ)上將生長速度提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)，其生長機(jī)制不同于傳統(tǒng)的Z切片生長方法機(jī)制。根據(jù)晶體

3、質(zhì)量的檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，提高生長速度并不一定會(huì)導(dǎo)致晶體的光學(xué)質(zhì)量下降，這使得該技術(shù)具有廣闊的前景，但發(fā)展該技術(shù)的瓶頸在于如何控制高過飽和度條件下液體包裹物的產(chǎn)生。隨著對(duì)KDP晶體快速生長技術(shù)的不斷摸索，越來越多的學(xué)者認(rèn)為液體包裹物的產(chǎn)生更有可能與薄表面層生長現(xiàn)象相關(guān)。若要控制液體包裹物的產(chǎn)生，必須要抑制晶體表面產(chǎn)生薄表面層，因此研究薄表面層生長機(jī)制在工程領(lǐng)域有重要的意義。
　　本研究主要內(nèi)容包括：①使用蒸發(fā)法生長KDP晶體籽晶，從中挑

4、選形狀規(guī)則、無可視缺陷者備用。用所獲得的高質(zhì)量籽晶，采用轉(zhuǎn)晶法生長KDP晶體，并嘗試在不同轉(zhuǎn)速、不同溫度、不同過飽和度條件下生長KDP晶體。發(fā)現(xiàn)晶體的質(zhì)量并不一定會(huì)隨生長速度的提高而降低，晶體合理的運(yùn)動(dòng)方式不僅可促進(jìn)溶質(zhì)輸運(yùn)而提高晶體生長速度，同時(shí)也可改善溶質(zhì)濃度的均勻性而提高晶體質(zhì)量。②開展存在非顯露面的KDP晶體薄表面層生長實(shí)驗(yàn)，以研究薄表面層生長特點(diǎn)。發(fā)現(xiàn)平行連生的KDP晶體多晶系統(tǒng)若出現(xiàn)顯露面共面的情況，共面的兩個(gè)顯露面會(huì)合并為

5、一個(gè)整體并產(chǎn)生薄表面層進(jìn)而使多晶系統(tǒng)恢復(fù)為單晶體。偏離正常結(jié)晶學(xué)取向的棱邊必然會(huì)引發(fā)薄表面層，可根據(jù)晶體平衡形態(tài)理論提出一種簡單有效的作圖法以預(yù)測(cè)其薄表面層生長結(jié)果。③開展由KDP晶體{100}、{101}兩類顯露面圍成的凹多面體薄表面層生長實(shí)驗(yàn)，以研究KDP晶體的“自我修復(fù)”機(jī)制?？偨Y(jié)實(shí)驗(yàn)規(guī)律，提出一種全新的“最小凸多面體”方法，以預(yù)判薄表面層是否能夠生長以及理想的生長結(jié)果，其在“棱邊生長機(jī)制”的基礎(chǔ)上前進(jìn)了一小步。④根據(jù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證棱邊