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1.单晶材料的制备单晶体：是原子或离子沿着三个不同的方向按一定的周期有规则地排列,并沿一致的晶体学取向所堆垛起来的远程有序的晶体。水晶白云石刚玉橄榄石朱砂又称辰砂、丹砂、赤丹、汞沙，是硫化汞（化学品名称：HgS）的天然矿石，大红色.进入体内的汞，主要分布在肝肾，而引起肝肾损害，并可透过血脑屏障，直接损害中枢神经系统。镇静、催眠、抗惊厥作用银朱:硫化汞。无机化合物，分子式HgS，鲜红色的粉末，有毒。由汞和硫混合加热升华而得。《天工开物·丹青》：“凡朱砂、水银、银朱，原同一物。所以异名者，由精粗老嫩而分也BGO(Bi2O3-GeO2)锗酸铋;磷酸氧钛钾(KTP)；BBO（偏硼酸钡）三硼酸锂(LBO)优秀的大功率紫外倍频晶体随着现代科学的发展，在材料科学研究领域中单晶占着很重要的地位。由于多晶体含有晶粒间界，人们利用多晶来研究材料性能时在很多情况下得到的不是材料本身的性能而是晶界的性能，有的性能必须用单晶来进行研究。例如：①半导体的电导率：具有杂质敏感性，而杂质容易偏析在晶界上。②光学研究与应用中：晶界和所伴随的空穴常常引起光散射。③研究晶界对性能的影响：需要分别研究单晶与多晶体的性能。单晶体经常表现出电、磁、光、热等方面的优异性能，用单晶做成的电子器件、半导体器件、激光器等应用于现代科学技术的许多领域。天然晶体远不能满足需要，在生产和科研的推动下，人工生产单晶的技术获得了日趋广泛的注意。晶体生长是一门技术，也是一门正在迅速发展的科学。第一代半导体材料——硅单晶硅棒3英寸碳化硅单晶钛酸锶（SrTiO3）单晶LSAT单晶LSAT（铝酸镧·钽酸锶铝）单晶LSAT基片氧化锆（ZrO2）单晶中国科学院上海硅酸盐所，从80年代初开展优质锗酸铋大单晶的研究，列入国家六五期间重点科技攻关计划。他们自主创新的坩埚下降法工业生产锗酸铋（BGO）大单晶方法获国家发明一等奖，第十五界日内瓦发明展览会金奖。硫酸铜单晶•气相生长法•水溶液生长法•水热生长法•熔盐生长法•熔体生长法单晶材料制备方法：1.1气相生长法：从气相中生长单晶材料（1）升华法：是将固体在高温区升华，蒸气在温度梯度的作用下向低温区输运结晶的一种生长晶体的方法。CdS,ZnS,CdI2,HgI2（2）蒸气输运法：是在一定环境下，利用运载气体（通常用卤素）生长晶体的方法。①制备W：W从较冷的钨丝转移到较热的钨丝上。W+3Cl2=WCl6②制备硫属化物（氧化物、硫化物、碲化物）、磷属化物（氮化物、磷化物、砷化物、锑化物），卤素作输运剂。(MX)固+I2=(MI)气+X气（3）气相反应法：利用气体之间的直接混合反应生成晶体。GaAs（砷)气相原子/分子——晶体表面——二维晶核/台阶——吸附原子—台阶运动——蔓延横贯表面——循环——块状晶体第二代半导体材料——砷化镓特点：GaAs。黑灰色固体，熔点1238℃。它在600℃以下，能在空气中稳定存在，并且不为非氧化性的酸侵蚀。砷化镓可作半导体化合物半导体，晶体结构是闪锌矿结构,属立方晶系•禁带宽度为1.43eV•容易制成半绝缘材料(电阻率107~109Ω·cm)•光电特性好•耐热、抗辐射性能好用途：适合于制造高频、高速器件、发光二极管、场效应晶体管等。发光二极管（light-emittingdiodes)气相生长的基本原理：对于某个假设的晶体模型，气相原子或分子运动到晶体表面，在一定的条件下被晶体吸收，形成稳定的二维晶核。在晶面上产生台阶，再俘获表面上进行扩散的吸附原子，台阶运动、蔓延横贯整个表面，晶体便生长一层原子高度，如此循环往复即能长出块状或薄膜状晶体。气相法生长大块单晶通常仅适用于那些难以从液相或熔体中生长的材料。理想的输运过程应满足下列条件：（1）反应产生的所有化合物都是挥发性的；（2）所希望的相需发生化学反应，并且这个相是反应中唯一的固体相；（3）自由能的变化接近于零，反应容易成为可逆，并保证在平衡时反应物和生成物有足够的量；（4）△H不等于零；（5）控制成核，要求有在合理的时间内足以长成优质晶体的快速动力学条件。通过可逆反应生长时（如蒸气输运法），输运可分为三个阶段：（1）在原料固体上的复相反应；（2）气体中挥发物的输运；（3）在晶体形成处的复相逆反应。气体输运过程因其内部压力不同而主要有三种可能的方式：（1）当压力﹤102Pa时，输运速度主要取决于原子的运动速度；（2）当压力在102～3×105Pa时，扩散；（3）当压力﹥3×105Pa时，对流。（1）熔体法、溶液法不适合碘化汞单晶制备，故选择气相法；（2）输运方式为扩散；（3）生长符合气相生长基本原理。α-碘化汞单晶体的生长基座温度Tc=112℃；基座于表面温差2~5℃；c轴平行于基座表面红色条状晶核健康危害：如吸入、口服或经皮肤吸收可致死。对眼睛、呼吸道粘膜和皮肤有强烈刺激性。汞及其化合物主要引起中枢神经系统损害及口腔炎，高浓度引起肾损害。碘化汞晶体可用于核辐射探测器、X射线和γ射线的探测器（探测效率高于Si,Ge)。气相生长晶体的质量对于气相生长，如果系统的温场设计比较合理，生长条件掌握比较好，仪器控制比较灵敏精确的话，长出的晶体质量是很好的。外形比较完美，内部缺陷也比较少，是制作器件的好材料。但是如果生长条件选择不合适，温场设计不理想等，生长出的晶体就不完美，内部缺陷如位错、枝晶、裂纹等就会增多，甚至长不成单晶而是多晶。因此，严格选择和控制生长条件是气相生长晶体的关键。1.2水溶液生长法基本原理：将原料（溶质）溶解在溶剂中，采取适当的措施造成溶液的过饱和状态，使晶体在其中生长。从溶液中生长晶体的方法。溶解度：一定条件下（温度、压力）饱和溶液的浓度我国有许多盐碱地，湖水中溶有大量的氯化钠和纯碱，那里的农民冬天捞碱、夏天晒盐。纯碱：溶解度随着温度的升高而显著增大，宜采用冷却饱和溶液的方法获得晶体，所以冬天捞碱。氯化钠：溶解度随着温度的升高变化不大，宜采取蒸发溶剂（蒸发其中的溶剂）所以夏天晒盐。察尔汗盐湖中形似白天鹅的盐花(9月14日摄)察尔汗盐湖中亭亭玉立的盐花察尔汗盐湖中形似“海滨别墅”的盐花三鹿奶粉受三聚氰胺污染事件受到广泛瞩目，并造成很多婴幼儿肾脏结石，肾积水最终导致肾衰。三聚氰胺到底是如何造成这些病理变化的：三聚氰胺（Melamine）（化学式：C3H6N6），俗称密胺、蛋白精，IUPAC命名为“1,3,5-三嗪-2,4,6-三胺”，是一种三嗪类含氮杂环有机化合物，被用作化工原料。它是白色单斜晶体，几乎无味，微溶于水（3.1g/L常温），可溶于甲醇、甲醛、乙酸、热乙二醇、甘油、吡啶等，不溶于丙酮、醚类、对身体有害，不可用于食品加工或食品添加物。1.三聚氰胺的毒性事实上是非常低的，有研究显示，利用羊，兔以及老鼠作为实验对象，没有发现其有肾脏毒性。2.既然三聚氰胺没有肾毒性，为什么它能够造成肾脏衰竭并最终导致儿童死亡呢？3.事实上三聚氰酸单独摄入体内并不能造成很严重的后果。但是，如果三聚氰胺与三聚氰酸同是摄入体内，就会产生很严重的后果。三聚氰酸与三聚氰胺结构比较类似，并且二者在化工生产过程中常常同时存在。因此，如果在奶粉生产过程中直接加入化工原料三聚氰胺，事实上也同时掺入了混在三聚氰胺当中的三聚氰酸。4.当三聚氰胺和三聚氰酸同时存在时，二者能够依靠分子结构上的氢氧基与氨基之间形成水合键，从而将二者连接起来。这种连接可以反复进行，最终形成一个网格结构。最为重要的是，这种结构是很难溶于水的。5.当混在奶粉中的这种网格结构被摄入人体后，由于胃液的酸性作用，三聚氰胺和三聚氰酸相互解离，从而破坏了这种复合物，三聚氰胺和三聚氰酸于是分别被吸收入血。6.由于人体无法转化这两种物质，最终三聚氰胺和三聚氰酸被血液运送到肾脏，准备随尿液排除体外。然而，就在肾脏细胞中，两种物质又一次相遇，于是又进行了相互作用，以网格结构重新形成不溶于水的大分子复合物，并沉积下来结晶，形成结石，结果造成肾小管的物理阻塞，导致尿液无法顺利排除，使肾脏积水，最终导致肾脏衰竭。三聚氰酸三聚氰胺溶解度、溶解度曲线和晶相•1．溶液和熔体。•由两种或两种以上物质所组成的均匀混合体系称为溶液。广义的溶液包括气体溶液、液体溶液和固体溶液，溶液由溶质和溶剂组成。溶质和溶剂没有严格的定义，但通常把溶液中含量较多的那个组分称为溶剂。本节中所涉及的溶液是指溶剂为液体、溶质为固体的溶液。•许多物质在常温下是固体，但温度升到熔点以上时就熔化为液体。这种常温下是固态的纯物质的液相称为熔体。但在一般的应用中，通常把两种或两种以上在冷却时凝固的均匀液态混合物也称为熔体。例如液态的α苯酚（熔点96℃）是熔体，α苯酚和β苯酚（熔点122℃）的均匀液态混合物也称为熔体，但a苯酚、β苯酚和乙醇的液体混合物却不能称为熔体，而应称为溶液。溶液和熔体、溶解和熔化、溶质和溶剂有时是很难严格区分的。例如，KNO3在少量水的存在下，在远低于其熔点的温度下可化为液体，这样形成的液体就很难判断是溶液还是熔体，因为如果把它看成KNO3溶于水的溶液时，则溶剂又太少，如若称为水在KNO3中的溶液时又不符合习惯的叫法。在这种情况下，通常把该体系看作熔体，即KNO3“熔化’在少量的水中。由此可见，熔体和溶液是连续的，所以熔化和溶解在本质上是一样的。可以把熔化看成是被溶解所液化的特殊情况。当水是溶液的一个组分时，一般总是看成溶质（盐类）溶在一定温度的水中，而不是从水的存在使盐的熔点降低这个角度来看问题。习惯上把水多时称为溶解，而水很少时看成熔化。2．溶解度溶解度是从溶液中生长晶体的最基本的参数，溶解度可以用在一定条件（温度、压力）下饱和溶液的浓度来表示。溶质在溶液中的浓度（溶液成分）有下列几种表示方法：（1）体积摩尔浓度（n）：1L溶液中所含溶质的摩尔数。（2）当量浓度（N）：1L溶液中所含溶质的当量数。（3）质量摩尔浓度（μ）：1000g溶剂中所含溶质的摩尔数。（4）摩尔分数（X）：溶质摩尔数与溶液总摩尔数之比。（5）质量分数：100g或1000g溶液中所含溶质的克数。（6）质量比：100g或1000g溶剂中所含溶质的克数。不同的浓度表示方法适合于不同的场合。在实验中使用（1）、（2）两种表示方式是很方便的，但是由于其和溶液体积有关，易受温度影响（某一给定的n和N随温度的升高而减小），因此在溶解度数据中，经常使用其他浓度表示法。最常用的表示方法是质量比（f）和摩尔分数（X），后者特别适合表示多组分混合物的成分。在多种物质组成的溶液中，某一组分的摩尔分数可表示为式中，W是组分的质量；M是其摩尔质量。任何混合物中所有成分的摩尔分数的总和等于1，即各种浓度表示法可以互相换算；对n(体积摩尔浓度)和N(当量浓度)，在换算时还需要知道溶液的密度。在水溶液中，当溶质含有水合物和无水物两种形式时，其质量分数和质量比的换算公式如下：其中，C1为100g水中所含无水物的克数；C2为100g溶液中所含无水物的克数；C3为溶液中所含水合物的克数；C4为100g水中所含水合物的克数。R＝水合物分子量/无水物分子量3溶解度曲线表示温度与浓度关系的曲线称为溶解度曲线。图7.4给出了一些水溶性晶体的溶解度曲线。溶解度曲线是选择从溶液中生长晶体的方法和生长温度区间的重要依据。对于溶解度温度系数为正且较大（溶解度随温度的升高而增大）的物质，采用降温法生长比较理想；对于溶解度温度系数比较小或为负（溶解度随温度的升高而减小）的物质，则宜采用蒸发法生长，例如碘酸锂（LiIO3）晶体的生长。对于有些在不同条件下有不同相的物质，则要求选择稳定的温度区间进行生长。温度对溶解度的影响可以用下列方程（VantHoffequation）表示：式中，X为溶质的摩尔分数；△H为固体的摩尔溶解热（焓）；T为绝对温度；R是普适气体常数。在理想情况下，上式可化为式中，T0为晶体的熔点。从上式可以看出：（1）对于大多数的晶体，溶解过程是吸热过程，△H为正，温度升高，溶解度增大；如果溶解过程是放热过程，则△H为负，温度升高，溶解度减小。（2）在一定温度下，高熔点晶体的溶解度小于低熔点晶体的溶解度。上式还可以写成如下形式：式中，a、b是