磷酸二氫銨晶體生長微觀熱動(dòng)力學(xué)行為的研究.pdf

1、當(dāng)今時(shí)代,對(duì)微觀領(lǐng)域的認(rèn)識(shí)變得越來越迫切和重要,而科技的發(fā)展與進(jìn)步,則使這種需求的實(shí)現(xiàn)成為可能,原子力顯微鏡(atomic force microscope, AFM)正是這樣一種使人們得以在微觀領(lǐng)域縱橫馳騁的有力工具。對(duì)于晶體生長領(lǐng)域而言,原子力顯微鏡的出現(xiàn),雖極大地促進(jìn)了其微觀生長機(jī)理的研究,但晶體生長過程的復(fù)雜性,使得這方面的工作還任重而道遠(yuǎn),尤其是在無機(jī)小分子晶體的微觀生長機(jī)理研究方面。作為應(yīng)用廣泛,生長容易的ADP晶體,歷來被

2、選作晶體生長理論研究的重要材料。近年來隨著對(duì)其特性的深入了解,新用途的開發(fā),ADP晶體在人類生活中也扮演著越來越重要的作用。但在ADP晶體微觀生長機(jī)理的研究方面,相關(guān)的微觀實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)還較為缺乏,這正逐漸制約著該晶體的制備與應(yīng)用。本文工作即是運(yùn)用原子力顯微鏡,從熱動(dòng)力學(xué)的角度對(duì)ADP晶體的微觀生長過程進(jìn)行實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)的研究。其主要內(nèi)容為:①運(yùn)用原子力顯微術(shù)觀測相變驅(qū)動(dòng)力為0.005 kT/ωs0.11 kT/ωs下ADP晶體相變界面的微觀形

3、貌。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,在相變驅(qū)動(dòng)力為0.01 kT/ωs0.04 kT/ωs時(shí),ADP晶體(100)面的平均面粗糙度和均方面粗糙度均不到0.3nm,遠(yuǎn)小于該晶面間距0.75nm,微觀結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為光滑界面,與杰克遜模型、特姆金模型及卡恩模型相符,觀測到螺位錯(cuò)生長;在相變驅(qū)動(dòng)力為0.053 kT/ωs0.11 kT/ωs時(shí),ADP晶體的(100)面的平均面粗糙度和均方面粗糙度,介于1.8nm4.2nm之間,大于該晶面間距0.75nm,微觀結(jié)構(gòu)粗糙

4、度增加,趨向于粗糙界面,可用特姆金的彌散界面模型解釋,界面上觀測到多二維核生長。②運(yùn)用原子力顯微術(shù)AFM(atomic force microscopy,AFM)觀察了ADP晶體生長時(shí)相界面上動(dòng)態(tài)微觀形貌的變化并測算了臺(tái)階傳播速率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在相變驅(qū)動(dòng)力介于0.005 kT/ωs0.05 kT/ωs,生長溫度介于2040℃之間時(shí),相變界面表現(xiàn)出臺(tái)階面的基本特征;相變界面上臺(tái)階推移的動(dòng)力學(xué)系數(shù)體現(xiàn)出溶質(zhì)輸運(yùn)趨向于體擴(kuò)散控制;微晶融合的

5、過程說明ADP晶體生長中,微晶融入與大分子晶體的同類過程有顯著不同,不會(huì)形成晶體缺陷。③詳細(xì)研究了在較小的相變驅(qū)動(dòng)力下(0.005 kT/ωs0.04 kT/ωs)ADP晶體生長的納米級(jí)微觀形貌。過飽和度σ處于0.0050.04,生長溫度介于2040℃之間時(shí),晶面上觀察到位錯(cuò)生長丘和其它晶體缺陷所形成的生長丘,晶面主要為臺(tái)階推進(jìn)方式生長;位錯(cuò)生長丘上空洞的出現(xiàn)與位錯(cuò)彈性理論相符;臺(tái)階露臺(tái)上的空洞可能造成臺(tái)階聚并;隨過飽和度σ降低,臺(tái)階形

6、貌會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化;生長溫度為25℃時(shí),臺(tái)階棱邊能不小于6.2×10-3J/m2。④開展了點(diǎn)狀籽晶的晶體生長實(shí)驗(yàn)。相變驅(qū)動(dòng)力f介于0.005 kT/ωs0.03 kT/ωs之間時(shí),ADP晶體點(diǎn)狀籽晶生長中,(100)晶面的生長速率隨過飽和度的增加而線性增加;在相變驅(qū)動(dòng)力一定時(shí),晶面生長速率隨溫度的升高而呈指數(shù)增加;晶面的生長動(dòng)力學(xué)規(guī)律與體擴(kuò)散輸運(yùn)機(jī)制下的螺位錯(cuò)生長機(jī)制相符;晶體生長存在著熱力學(xué)因素造成的死區(qū)。相變驅(qū)動(dòng)力f介于0.05 k