水热法Bi12SiO20晶体形貌特征研究

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]、[111]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2～3min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。

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第1章 绪论

1.1引言

1.2电光性能

1.3光折变性能

1.4 BSO晶体的研究概况

1.5本文主要研究内容

第2章 BSO晶体的生长

2.1概况

2.2提拉法生长BSO晶体

2.3坩埚下降法生长BSO晶体

2.4水热法生长BSO晶体

2.5三种方法的比较

2.6 BSO晶体的水热生长

第3章 BSO晶体的形貌特征

3.1 BSO晶体的宏观形貌

3.2 BSO晶体的微观形貌

第4章 BSO晶体的腐蚀实验

4.1侵蚀理论

4.2实验

4.3结果和讨论

第5章 BSO晶体形貌与晶体结构的关系

5.1 BSO晶体的结构

5.2晶体形态与晶体结构的关系

5.3影响晶体生长形貌的外部因素

第6章 总结

参考文献

个人简历

在硕士学习期间发表的论文和参与的项目

致谢