An introduction to computational crystallography:the relationship between aluminum-based spinel structures and their morphologies

Computing technology is developing very fast and has permeated among many fields of sci-ence and technology, giving rise to many interdisciplinary subjects. Crystallography, originating from the activity of mining and smelting, has now become a comprehensive subject concerning crystal growth mechanism, chemical composition, structural morphology and physical properties and its research scope is widened by introducing many new achievements from basic sciences such as physics, chemistry, and math…     

Coalescence of the crystallites under hydrothermal conditions (II) —— The morphology and stability energy calculation of cuprite

The coalescence of crystallite under hydrothermal conditions was discussed in our previous paper[1]. When the solute concentration exceeds the supersaturation, the nucleation and growth process take place. The initial crystallites are only several nanometers. They have high surface-to-volume ratio, high index surfaces, and therefore have high surface energy. As the hydrothermal reactions proceed in the alkaline medium, the crystallite surfaces are apt to absorb polar solvate ions such as OH-,…     

The growth units and hydrothermal preparation of lead tungstate (PbWO4) crystallites

The crystal structure of lead tungstate (PbWO4) can be regarded as ordered combination of the tungsten oxide tetrahedrons (WO4) and lead ions (Pb2 ). According to the growth unit model, the growth units of lead tungstate are the aggregations of the tungsten oxide tetrahedrons and lead cations with various geometry configurations. It is suggested that the favorable growth units of lead tungstate crystal are pyramidal, tetragonal prism and quadrangular units corresponding to geometric orientations of the simple forms of the crystal. Under low restricted growth conditions, the growth form of lead tungstate crystallites is the aggregation of the geometric configurations of these favorable growth units. The above conclusions are completely confirmed by the experiment on hydrothermal preparation of lead tungstate crystallites.     

纳米二氧化钛粉体的多晶型制备及形成机理

本文分别以四氯化钛、硫酸钛和钛酸丁酯为前驱物,研究了水热条件下二氧化钛微晶粉体的结晶晶型、晶粒形貌和晶粒度.采用XRD和TEM等分析手段分别对产物的晶相和晶粒形貌进行表征.实验结果表明:对于200℃水热反应,以四氯化钛为前驱物,通过加入氢氧化钠调节反应介质酸碱度,当溶液pH值小于1时,有利于形成金红石型粉体;当溶液pH值大于3并小于7时,有利于形成锐钛矿型粉体;当溶液ph值大于7时,有利于形成板钛矿型粉体.以硫酸钛为前驱物,通过控制胶体制备工艺及反应温度,制备得到锐钛矿型和板钛矿型粉体.金红石型粉体呈长条柱状,锐钛矿呈菱形或双锥状,板钛矿呈板块状.经过较为系统的实验研究,获得了金红石、锐钛矿、板钛矿三种晶相的粉体,并可通过控制前驱物的种类及酸碱度和水热反应条件随意地制备出以上三种晶相中的单晶相粉体.从结晶学出发,解释了二氧化钛纳米粉体的结晶形貌,并从晶体生长过程及生长机理的角度讨论了二氧化钛同质变体的形成机理.     

近化学计量比LiNbO3晶体电畴结构观察和机理探讨

采用双坩埚提拉法（DCCZ）生长了各种不同成分的近化学计量比LiNbO3晶体,并用腐蚀法观察了其电畴结构.结果表明,化学成分对未经极化处理晶体的电畴结构起决定性作用,当Li2O含量处于49.4mol%附近时,晶体z面电畴呈现特殊的三次对称反畴;当晶体中Li2O含量为49.7mol%时,晶体为完全单畴.本文对其形成机理进行了探讨,认为在由顺电相向铁电相转变时,局部铁电畴的极性方向与该处沿z轴方向的温度梯度正负密切相关,z轴生长晶体时,由于相变发生所处位置离生长界面的距离受LiNbO3晶体计量比影响,所处温场固有温梯也随之不同,在此基础上解释了不同成分晶体的电畴结构形成原因.最后讨论了控制铁电畴结构的工艺措施.     

氧化物晶体的成核机理与晶粒粒度

从微观动力学角度研究了晶粒的成核机理,认为晶粒的成核机理主要包括生长基元的形成,生长基元之间的氧桥合作用和Ｏ桥转变为ＯＨ桥。并从核核速度角度分析了影响晶粒粒度的主要原因,揭示了影响晶粒粒度的内部原因为生长基元的生成能、晶体的晶格能,由此总结出不同结构类型的氧化物粉体的晶粒粒度的相对大小,即具有ＣａＦ２或ＴｉＯ２结构的氧化物粉体的晶粒粒度比具有α－Ａｌ２Ｏ３结构的氧化的晶粒粒度小,具有α－Ａｌ２Ｏ３     

Si3N4晶体的压电性能第一性原理研究

Si3N4是一种具有多种优越物化性能的多功能材料.采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算对Si3N4的高低温相(β、α)进行了对比研究.对于α相,计算得晶格常数a=0.7678nm、c=0.5566nm,弹性刚度系数c11=4.232×1011N/m2、c33=4.615×1011N/m2,压电应变常量d33=0.402pC/N;而对于β相,a=0.7536nm、c=0.2874nm,弹性刚度系数c11=4.241×1011N/m2、c33=5.599×1011N/m2,压电应变常量则几乎为零.分析表明Si3N4的α、β两相均为高硬高强材料,这与其结构由四面体组成的网络架构有关.而Si3N4高低温相的压电性能都很差,特别是β相的压电系数几乎为零,这与其结构的对称性有关,高温相结构的对称性更高,形变引起的离子位移响应抵消更多.     

Al_2O_3颗粒——耐热钢基复合材料的液相成型技术

为解决氧化铝颗粒在耐热钢液中均匀分散的难题，设计制造了适合陶瓷颗粒表面涂层处理的化学气相沉积装置，并探索了在氧化铝颗粒表面获得ＴｉＮ涂层的工艺，所获得的ＴｉＮ涂层能改善氧化铝与耐热钢之间的湿润性，从而通过铸渗获得了颗粒分散均匀的Ａｌ２Ｏ３颗粒—耐热钢基复合材料。     

水热合成中负离子配位多面体生长基元模型与粉体的晶粒粒度

在负离子配位多面体生长基元模型的基础上深入研究了晶粒的结晶过程,认为成核过程主要包括生长基元的形成和生长基元之间的脱水反应过程,并从成核速度的角度分析了影响晶粒粒度的主要原因,揭示了影响晶粒粒度的主要原因为生长基元的生成能,晶体的晶格能,由此总结出不同结构类型的氧化物粉体晶粒粒度的相对大小,合理地解释了由水热法制得的氧化物粉体的晶粒粒度差别较大的原因以及反应介质,反应温度对晶粒粒度的影响。     

硫化物晶体的生长习性

在自然界中硫化物晶体的种类较多,其结构较复杂,其中硫离子以Ｓ＾２－和对硫Ｓ２＾２－形状存在。一部分晶体的生长习性得不到满意的解释。本文采用配位多面体生长习性则合理地解释了ＭｏＳ２,ＺｎＳ,ＣｕＦｅＳ２和ＰｂＳ晶体的生长习性。发现ＭｏＳ２晶体的生长习性为六方平板状（０００１）,其各晶面的生长速度为：Ｖ〈０００１〉〈Ｖ１０１０〉,ＣｕＦｅＳ２和ＺｎＳ晶体的生长习性为四面体,其各晶面的生长速度为：Ｖ〈１