垂直Bridgman法生长CaF2单晶传热过程的数值分析

采用有限元法对大尺寸氟化钙单晶的生长过程进行了传热分析,准稳态模型简化模拟计算过程.研究了梯度区不同的温度梯度对界面形状和晶体生长速度的影响,讨论了辐射传热对晶体生长过程传热的影响.研究表明:晶体生长过程中界面凸度发生变化;晶体生长速率与坩埚下降速率不一致;25 K/cm为合适的梯度区温度梯度;晶体内部辐射传热对单晶生长传热过程有重要影响.计算结果表明,3个时期的固相等温线的曲率小于液相的.根据数值模拟结果进行了晶体生长实验,生长出的晶体完整,透明,无宏观缺陷.     

快速凝固的非平衡效应研究

综述了快速凝固对凝固组织尺寸、溶质再分配、相选择与相分离、固液界面结构与生长方式以及材料性能的影响.分析了快速凝固的非平衡效应及形成机制的研究进展,指出了现有理论的局限性.有效利用材料的非平衡效应结果将有利于改进材料的性能.     

光电功能晶体材料研究进展

光电功能晶体,包括激光晶体、非线性光学晶体、电光晶体、介电体超晶格、闪烁晶体和PMN-PT驰豫电单晶等,在高技术发展中具有不可替代的重要作用。近年来,我国在这些重要晶体材料的生长、基础研究和应用方面都获得了很大成绩。综述了光电功能晶体材料研究和应用的部分进展。在此基础上,提出进一步发展晶体理论,扩大理论的应用范围,注重晶体生长基本理论研究,发展新的晶体生长方法和技术,加强晶体生长设备研制,加强晶体从原料到加工、后处理、检测及镀膜等全过程的结合等建议,以全面提高我国光电功能晶体研究发展及其产业化水平。     

光学干涉技术在晶体生长研究中的应用

利用光学干涉法对晶体生长过程中所引起的溶液折射率微小变化进行监测,分析所采集到的干涉图像,可得出与光程差相关的溶液浓度场及温度场的精确分布、晶体微观形貌变化及溶液对流等信息,对晶体生长机理研究有重要的意义.回顾了干涉技术测量晶体生长参数的基本原理,同时综述了近年来干涉技术在晶体生长研究中的应用及发现,并分析了该技术在晶体生长研究领域中的发展方向.     

晶体生长的边界层效应—兼论光学实时观察法晶体生长技术

晶体生长边界层模型起源于流体动力学边界层模型，但两者又不完全相同．晶体生长边界层模型有两方面的含义：（1）在固-液界面处的、垂直于界面的、由杂质和组份构成的质量流决定晶体生长速度；（2）在界面附加溶液一侧的质量浓度流，其浓度分布是决定界面稳定性的基本参数．特征扩散长度是表征垂直于界面的质量流的一个重要参数．对熔体晶体生长而言，理论估计此值在0．04～0．4cm之间．光学实时观察法晶体生长技术是一种研究晶体生长过程的新颖方法．它能有效地区分扩散-平流和扩散-对流两种不同的生长状态，其实验测得的KNbO3熔体生长的特征扩散长度值为0．01～0．1cm之间．应用此方法实时观察到胞状结构的形成和发展，也证实了界面附近的质量浓度流是决定界面稳定性的一个重要参数．     

二氧化碳低温凝华捕集的实验研究

针对现有CO_2低温凝华数据不足,低温凝华法碳捕集实验缺乏以及对气固分离的换热器研究很少的现状,采用可视化方法进行低温凝华法碳捕集的实验研究,对于不同初始浓度和流量下N_2/CO_2二元系中CO_2在换热器中的温度分布及其凝华晶体生长形态进行了实验,获得了不同的CO_2凝华状态信息。     

磁场应用在硅晶体生长过程中的研究进展

论述了磁场技术应用于硅晶体生长中的基本概况,探讨了磁场影响硅晶体生长的机制,重点阐述了各种磁场的分类、基本原理及其在硅晶体生长的应用,并归纳总结了国内外磁场应用于硅晶体生长中的研究现状。另外,对硅晶体生长中杂质的分凝行为和数值模拟作了简要介绍,并展望了磁场应用于硅晶体生长的发展前景。     

表面活性剂对TiO_2纳米晶体生长动力学的影响

采用水热法,分别以丙二酸、正丁醇、乙二胺为表面活性剂,研究3种体系下TiO2纳米晶体的生长过程。XRD结果显示3种体系下主要产物为锐钛矿TiO2;TEM和HRTEM结果表明在不同的生长阶段,纳米晶体的生长结构特点明显不同。分别采用定向生长理论(Orientation attachment,OA)、弗兰克尔收缩理论(Frenkel shrinking,SH)、奥斯特瓦尔德熟化理论(Ostwald ripening,OR)对3种体系下的晶体生长进行理论模拟,结果发现在丙二酸、乙二胺体系下晶体生长分为3个阶段:定向聚集生长、颗粒收缩、奥斯特瓦尔德熟化,且乙二胺体系下颗粒明显增大;但是在正丁醇体系下晶体生长仅显示明显的OR特征,不存在OA生长。理论和实验分析说明不同体系下晶体生长方式不同的主要原因是由于3种表面活性剂以及溶液pH值的不同作用。     

多尺度晶体材料的原位表征技术与计算模拟研究进展

大尺寸晶体材料是半导体、激光、通讯等领域的基础原料,大尺寸、高品质晶体材料的制备已成为制约相关行业发展的瓶颈。我国面临的“卡脖子”技术中大多与关键基础材料相关。大尺寸晶体材料制备理论与技术是我国新材料产业高质量发展的一个重要方面,也是提升相应高技术产业的基础,突破大尺寸晶体材料的制备理论和技术是获得高品质大尺寸晶体材料的关键。探究并准确理解大尺寸晶体生长机理需要借助原位表征技术和多尺度计算模拟方法。单一的原位表征和模拟技术只能探究特定时间和空间范围内的结晶信息,为了准确反映结晶过程需要综合应用多种方法。本文综述了最新的多尺度晶体生长研究的原位表征方法、多尺度计算模拟技术以及机器学习方法,为发展结晶理论和控制晶体品质提供重要的实验和理论依据,并将为提升大尺寸晶体生长工艺的开发而服务。     

胶体纳米晶合成与形貌控制策略及机理EI北大核心CSCD

胶体纳米晶合成与控制策略主要从动力学方面考虑,一般要结合液相胶体成核生长理论和晶体生长理论来分析。本文首先从成核阶段、生长阶段和熟化阶段的控制方面阐述了胶体纳米晶形貌合成与控制。然后对于经典晶体学理论解释不了的现象,阐述了选择吸附机理、有效单体机理、取向连接机理等用来解释胶体纳米晶的合成机理。本文还对近年来发展的其他一些合成纳米材料的新机理或多种机理共同作用做了简要介绍。最后,对纳米晶合成与形貌控制的前景作了概述,认为定量和精准结构控制是纳米晶形貌合成与控制面临的巨大挑战和发展趋势。     

高温氧化物晶体界面非稳定性研究

设计了一套模拟实验,以获得关于晶体形态和界面非稳定性的差异的可靠数据,如高温溶液生长的骸晶和枝蔓晶．这些实验是在高温实时观察装置（ＨＩＴＩＳＯＴ）内进行的．高温溶液晶体生长实验是在环形铂金丝炉圈内进行的．炉圈直径为２ｍｍ．铂金丝既起加热又起支撑熔体的作用．选用ＫＮｂＯ_３和Ｌｉ_２Ｂ_４Ｏ_７的混合物进行晶体生长实验．在只存在扩散机制的快速生长过程中,会形成不同的晶体不完整性,如晶面凹坑、骸晶和枝蔓晶．采用淬火实验以分辨不同的ＫＮｂＯ_３晶体形态,并用扫描电镜研究Ｌｉ_２Ｂ_４Ｏ_７溶体中ＫＮｂＯ_３晶体生长的形貌．在一般情况下,当晶体在气液界面附近液相区成核时,会产生晶体界面非稳定性．导致晶体形状不稳定的溶液层的厚度为６０μｍ．通过扫描电镜观察,发现晶体在这一溶液层中由多面体晶变为枝蔓晶．骸晶和枝蔓晶的各向异性反映了ＫＮｂＯ_３的立方特性,也反映了界面非稳定性是沿［１１０］晶棱扩大的,［１１０］晶棱方向的分支证实了晶体生长形状的各向异性·形成界面非稳定性的临界尺寸为１０μｍ．与此相反,中持稳定的晶面形状是通过６０μｍ厚度以下的溶液内的晶体生长来实现的．晶体生长过程是由高温实时观察装置进行实时观察和记录的,并能观察到晶体固液     

磁场在晶体生长中的应用研究进展

综述了磁场影响晶体生长的两种机制,磁场的产生和构型,在半导体材料硅、砷化镓、磷化铟晶体生长中的应用,在蛋白质及氧化物晶体生长方面的新进展．     

霜层生长初期冰晶体分布状况实验研究

研究霜层的结构对于理解结霜现象有着重要的意义。利用自行研制的图像放大及采集系统，对霜层生长初期冰晶体的形态进行显微观测，得到了不同生长条件下冰晶体的图像。随后采用数字图像处理方法，将原图像转换为二值图。通过对图像的分析，发现霜层的生长初期冰晶体的分布与充分生长的霜层有所不同，此时霜层靠近冷表面固含率最大；随着高度的增长，固含率以近似线性的方式减小。实验还发现，对霜层生长初期影响最大的两个因素是冷表面的温度和空气的相对湿度。随着冷表面温度的降低，霜层的高度明显增长，冰晶体沉积量增加，而平均密度的变化则不明显；随着空气相对湿度的增加，霜层的高度、平均密度以及冰晶体总的沉积量都有所增加。空气温度对霜层生长的影响不明显。     

单晶高温合金表面缺陷焊接修复的研究进展

单晶高温合金的性能优异,但是制造成本昂贵,因此其表面缺陷的焊接修复一直是单晶高温合金领域的重要研究课题。本文全面阐述了各类焊接修复(包括熔焊、钎焊和瞬时液相扩散焊)方法对修复区的组织和修复后力学性能的影响,分析了各类焊接修复方法的局限性和存在的问题,并指出了单晶高温合金表面缺陷焊接修复的发展方向。     

DCTA对KDP晶体的快速生长与光学性能的影响

环己二胺四乙酸(DCTA)作为一种新型添加剂被加入到KDP晶体生长溶液中。采用“点籽晶”快速生长技术, 在掺杂100×10^-6 DCTA的饱和溶液中, 生长了KDP晶体, 生长速度达20 mm/d。研究了这种新型添加剂DCTA对快速生长的KDP晶体的生长习性和光学质量的影响, 并与常用添加剂EDTA的影响效果进行了对比。研究发现, 在KDP晶体生长溶液中添加100×10^-6 DCTA使生长溶液的亚稳区宽度提高了约10℃, 晶体(100)面的生长速度提高了3~10倍; 生长出的晶体在紫外波段的透过率上升了2~8倍, 晶体内部的光散射大大减轻, 激光损伤阈值也有所提高。添加剂DCTA对KDP晶体生长及性能的改善作用比同等浓度的EDTA更加显著。     

垂直布里奇曼法生长CdZnTe晶体时坩埚下降速度的优化研究

在垂直布里奇曼法(VBM)晶体生长的过程中,坩埚下降速度和晶体生长速度之间的关系对生长出来的晶体质量有很大的影响。本文采用有限元法对探测器材料CdZnTe的晶体生长过程进行了热分析,主要研究了不同的坩埚下降速度对生长过程中晶体生长速度及固液界面形状的影响,发现材料的热导率和相变潜热的比值是影响固液界面形状的主要内因。模拟结果表明,当坩埚下降速度Vp≈1mm/h时,其数值与晶体生长速度接近相等,可获得接近水平的固-液界面。实际的晶体生长实验结果与计算机模拟的结论基本一致。因此,通过适当的选择和调节坩埚下降速度是获得高质量晶体的可行技术方案。     

One-pot polymorphism of nonlinear optical materials. First example of organic polytypes

Two nonlinear optical materials 1,1-dicyano-4-(4-dimethylaminophenyl)-1,3-butadiene (I) and 3-methoxydicyanovinylbenzene (II) have been investigated with regard to crystal growth, polymorphism, structure characterization and physical properties. It was found that both compounds form one-pot (concomitant) polymorphs, that might also be described as organic polytypes. Both polymorphs of compounds I and II form identical molecular layers with molecules located in the layer plane. In the two phases of compound I the layers superposition and their sequence differs significantly. This circumstance most probably determines the different color of the two crystal modifications. In the two crystal phases of compound II molecular layers and their superposition types are almost identical. The only difference between the phases is the sequence of the layer superposition. Single crystal and powder X-ray diffraction techniques, powder test for second harmonic generation, UV spectroscopy, and computational methods were used for characterization of these compounds.     

沉淀反应制备碳酸钙粒子及其形貌和结构控制

调节CaCl₂与Na₂CO₃简单沉淀反应的实验条件制备了微米及纳米级CaCO₃粒子, 探讨了晶型控制剂种类及用量、反应物浓度、分散方式等多种因素对CaCO₃粒子形貌及其分散性等性能的影响。使用光学显微镜、扫描电镜、动态光散射激光粒度仪、X射线衍射等对产物进行了表征。结果表明, 无晶型控制剂时, 所得产物主要为大小均一方解石晶型CaCO₃, 尺寸为4~5 μm。相对于机械搅拌, 超声波分散制备粒子的形貌更规整, 尺寸更均一。在超声波分散条件下, 分别采用三聚磷酸钠(STP)、羧甲基纤维素钠(CMC)和聚苯乙烯磺酸钠(PSS)为晶型控制剂, 并改变其用量通过沉淀反应制备了CaCO₃粒子, 对所得产物的结构及其形貌进行了表征。结果表明, 晶型控制剂及其用量对CaCO₃粒子的结构及其形貌有重要影响。使用STP为晶型控制剂时, 除了用量极低的条件下(≤0.10wt%)形成主要为球霰石结构的产物外, 一般都形成无定型CaCO₃; 使用CMC时, 一般都形成方解石结构产物; 与CMC相反, 使用PSS为晶型控制剂时, 得到的主要是球霰石结构产物, 掺杂少量方解石结构产物。对晶型控制剂在沉淀反应中的作用机理进行了讨论。     

溶剂熔区移动法生长Cd0.9Zn0.1Te晶体的工艺优化研

为了解决Cd_0.9Zn_0.1Te(CZT)晶体生长温度高、单晶率低、成分不均匀等问题, 采用溶剂熔区移动法(THM)在优化工艺参数下生长了掺In的CZT晶体, 在优化晶体的生长温度、固液界面处的温度梯度、原位退火过程等生长条件后, 生长出直径为45 mm的低Te夹杂浓度、高电阻率、高透过率、均匀的高质量CZT晶体。 X射线衍射结果显示, 晶体的结晶性较好、Zn成分轴向偏析小。红外透过光谱测试结果显示, 晶体内部的杂质、缺陷水平相对较少, 晶体整体的红外透过率在60%左右。紫外-可见光吸收光谱测试结果也进一步表明, 晶体的均匀性良好。采用红外显微镜对晶体内部的Te夹杂形貌及其尺寸进行观察, 结果表明Te夹杂的尺寸主要分布在0~10 μm之间。采用直流稳态光电导技术测得电子的迁移率寿命积约为8×10^-4 cm²/V。     

Prediction of Dendrite Orientation and Stray Grain Distribution in Laser Surface-melted Single Crystal Superalloy

A vectorization analysis technique for crystal growth and microstructure development in single-crystal weld was developed in our previous work. Based on the vectorization method, crystal growth and stray grain distribution in laser surface remelting of single crystal superalloy CMSX-4 were investigated in combination of simulations with experimental observations. The energy distribution of laser was taken into consideration in this research. The experimental results demonstrate that the simulation model applies well in the prediction of dendrite growth direction. Moreover, the prediction of stray grain distribution works well except for the region of dendrites growing along the [100] direction.