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水热法Bi₁₂SiO₂₀晶体形貌特征研究

作　者: 管晨雪
导　师: 蔡劲宏
学　校: 桂林理工大学
专　业: 矿物学、岩石学、矿床学
关键词: 水热法 BSO 微形貌蚀像
分类号: P573
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

Bi₁₂SiO₂₀（简称BSO），软铋矿结构，立方晶系体心结构，空间群为I23。BSO具有压电、电光、光折变、光电导、磁光、声光、旋光等多种性能，在光学信息处理、各种传感器元件等方面广泛应用。一直以来，提拉法是国内外生长BSO晶体最常用的方法，但该法生长的晶体缺陷较多，尤其是在光学均匀性方面。而采用水热法生长的晶体缺陷较少、质量较高，已成为生长高质量BSO晶体的一种有效途径。本文主要对水热法BSO晶体的形貌特征进行分析研究。本文运用水热法生长BSO晶体，得到两种不同的结晶形态，分别呈：四面体｛111｝和三角三四面体｛211｝的聚形；立方体｛100｝和菱形十二面体｛110｝的聚形。运用布拉维法则、唐奈-哈克理论对这两种结晶形态进行分析，计算后得到晶体中各单形晶面的相对生长速度及显露程度。文章初步讨论了晶体形态发生改变的原因，生长晶体的溶液过饱和度发生变化对晶体形态的改变有重大影响。运用偏光显微镜、微分干涉相衬显微镜及倒置金相显微镜对晶体表面的微观形貌进行观察研究，发现每个单形晶面的微形貌均有其自己的特征。｛100｝晶面以椭球形生长丘为主。｛110｝晶面生长有众多生长丘及生长台阶。｛211｝晶面形貌特征丰富多样，有生长丘、平行条纹状的生长台阶等。｛111｝晶面生长有生长丘、生长台阶并出现螺旋生长纹，表现有明显的三次对称特征。本文从晶体结构出发，通过PBC周期性键链理论对晶体的微形貌特征进行分析解释。BSO晶体有两条基础PBC键链，[100]方向PBC和[111]方向PBC。各单形晶面PBC键链的排布情况不同，{110}晶面有平行于[100]、[111]、[11]三个方向的键链，属F面，该面微形貌符合F面特征。｛100｝晶面有平行于[001]及[010]方向的两条键链，也属F面，其微貌特征也符合F面特征。｛211｝晶面有一条平行[111]方向的PBC键链，属S面，晶面微形貌特征与S面相符合。｛111｝晶面没有与之平行的PBC键链，应属K面，但该面微形貌显现的是F面特征，与理论不相符。此时，｛111｝面从K面转变成了F面。PBC理论是存在一定缺陷的，｛111｝面的转变可能是由于晶体实际生长时受到一些外部环境因素的影响，而这些影响因素却没能融合到理论中，使得一些现象无法解释。本文采用侵蚀法对BSO晶体中｛100｝、｛110｝、｛111｝和｛211｝四个单形晶面做了进一步研究。经多次实验，选用37%的HCl和CH3COOH的混合溶液做腐蚀剂，得到的蚀像十分清晰。实验发现BSO晶体的腐蚀速度非常快，室温下约2³min即可完成。实验得到｛100｝蚀像呈平行四边形；｛110｝蚀像具有正方形的轮廓，但每个蚀坑并不完全一致，两种蚀像均具有二次对称特征；｛111｝和｛211｝蚀像均呈具有三次对称特征的复三边形。采用极射赤平投影分析蚀像，得到蚀像特征与晶体对称性相一致。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-9
第1章绪论  9-14
  1.1 引言  9
  1.2 电光性能  9-10
  1.3 光折变性能  10-11
  1.4 BSO 晶体的研究概况  11-13
  1.5 本文主要研究内容  13-14
第2章 BSO 晶体的生长  14-21
  2.1 概况  14
  2.2 提拉法生长 BSO 晶体  14-15
  2.3 坩埚下降法生长 BSO 晶体  15-16
  2.4 水热法生长 BSO 晶体  16
  2.5 三种方法的比较  16-18
  2.6 BSO 晶体的水热生长  18-21
    2.6.1 主要生长装置  18-19
    2.6.2 培养料的制备  19
    2.6.3 籽晶制备  19
    2.6.4 BSO 晶体的水热法生长  19-20
    2.6.5 实验结果  20-21
第3章 BSO 晶体的形貌特征  21-32
  3.1 BSO 晶体的宏观形貌  21-23
  3.2 BSO 晶体的微观形貌  23-32
    3.2.1 实验仪器  23
    3.2.2 样品处理  23
    3.2.3 立方体{100}的表面微形貌  23-24
    3.2.4 菱形十二面体{110}的表面微形貌  24-25
    3.2.5 三角三四面体{211}的表面微形貌  25-28
    3.2.6 四面体{111}的表面微形貌  28-32
第4章 BSO 晶体的腐蚀实验  32-46
  4.1 侵蚀理论  32-35
    4.1.1 蚀坑形成机理  32-33
    4.1.2 蚀坑形态  33-35
  4.2 实验  35-42
    4.2.1 制备晶片  35
    4.2.2 制备腐蚀剂  35-36
    4.2.3 腐蚀实验  36-42
  4.3 结果和讨论  42-46
    4.3.1 BSO 晶体各晶面腐蚀条件  42
    4.3.2 BSO 晶体的腐蚀形貌特征  42-44
    4.3.3 BSO 晶体晶面蚀像与晶体对称性的关系  44-46
第5章 BSO 晶体形貌与晶体结构的关系  46-58
  5.1 BSO 晶体的结构  46-48
  5.2 晶体形态与晶体结构的关系  48-55
    5.2.1 晶面平衡形态理论  48-52
    5.2.2 晶体形貌与晶体结构的关系  52-55
      5.2.2.1 晶体形态与晶体结构的关系  52
      5.2.2.2 晶体微观形貌与晶体结构的关系  52-55
      5.2.2.3 晶体的腐蚀形貌与晶体结构的关系  55
  5.3 影响晶体生长形貌的外部因素  55-58
    5.3.1 溶液的过饱和度  55-56
    5.3.2 籽晶  56
    5.3.3 涡流  56
    5.3.4 其它因素  56-58
第6章总结  58-60
参考文献  60-63
个人简历  63
在硕士学习期间发表的论文和参与的项目  63-64
致谢  64

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