膠體結(jié)晶動力學.pdf

1、晶體材料被廣泛地運用于我們的日常生活中。結(jié)晶是晶體材料提純和生產(chǎn)的一般過程。為了了解結(jié)晶的基本物理規(guī)律，一個多世紀以來，科學家們在實驗和理論方面對結(jié)晶進行了大量研究。然而，時至今日，我們對結(jié)晶的理解依然不完全；主要的挑戰(zhàn)源于原子太小，不能被直接觀察和跟蹤。與之相比，膠體粒子尺寸要大的多、運動較慢，可以通過光學顯微鏡直接觀察和實時跟蹤。更重要的是，溶液中的膠體粒子因為能夠像原子一樣形成固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)，并可通過相變在不同態(tài)之間轉(zhuǎn)換，因而可

2、以被比作“原子”。在過去幾十年，膠體的相變研究為我們了解結(jié)晶過程提供了很多的啟示。然而，與原子不同的是，膠體粒子的尺寸是不均勻的，存在一定的尺寸分散度。并且當尺寸分散度足夠高時，結(jié)晶的動力學過程被抑制。為了解分散度的影響，我們研究了二維雙分散膠體體系在交變電場控制下的結(jié)晶。結(jié)果表明，如果體系被快速過冷到高過飽和態(tài)時，體系無法形成晶體結(jié)構(gòu)。然而，如果體系被逐步過冷，就會發(fā)生尺寸分離，并形成由相同粒子組成的局部結(jié)晶區(qū)。這表明，在多分散系中，

3、只要尺寸分離的動力學過程被允許，結(jié)晶仍然有可能發(fā)生。
　　我們知道，晶核可以通過吸收原子或者奧斯特瓦爾德成熟進行生長。最近研究表明，晶核通過取向融合發(fā)生的融合在納米晶體生長過程中扮演重要的角色。在取向融合中，兩個靠近的晶核首先通過轉(zhuǎn)動統(tǒng)一它們的晶向，再聚合成一個單晶體。我們在二維膠體模型體系中對結(jié)晶過程中晶核的轉(zhuǎn)動和聚合進行了研究。通過圖像處理和粒子追蹤技術(shù)的運用，我們在單粒子層面上證明了晶核通過轉(zhuǎn)動發(fā)生聚合，即取向融合。同時我們