第六章界面模型精选文档.ppt

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1、第六章界面模型本讲稿第一页，共三十六页6.1 界面的平衡形态界面的平衡形态6.2 邻位面与台阶的平衡结构邻位面与台阶的平衡结构6.3 界面结构的理论模型界面结构的理论模型6.4 界面运动学界面运动学本讲稿第二页，共三十六页6.1 界面的平衡形态界面的平衡形态6.1.1 固固-液界面的微观结构液界面的微观结构图图7.1 液固界面微观结构示意图液固界面微观结构示意图图图7.2 液液-固界面照片固界面照片(a粗糙界面粗糙界面 b光滑界面光滑界面)本讲稿第三页，共三十六页图图6.3 光滑界面上出现台阶的光滑界面上出现台阶的3种不同形式种不同形式图图6.4 螺旋生长机制形成的金字塔形台阶螺旋生长机制形成

2、的金字塔形台阶6.5 孪晶面与固液界面交叉形成的沟槽孪晶面与固液界面交叉形成的沟槽本讲稿第四页，共三十六页6.1.2 晶体表面的结构晶体表面的结构6.6 面心立方晶格的低指数面面心立方晶格的低指数面本讲稿第五页，共三十六页图图6.7 部分完成的原子级光滑的晶体表面部分完成的原子级光滑的晶体表面本讲稿第六页，共三十六页6.1.3 界面能极图与晶体的平衡形态界面能极图与晶体的平衡形态乌尔夫定理：乌尔夫定理：图图6.8 表面能极图与晶体的平衡外形（二维示意图）表面能极图与晶体的平衡外形（二维示意图）本讲稿第七页，共三十六页6.1.4奇异面、邻位面和非奇异面奇异面、邻位面和非奇异面6.1.5 台阶与扭

3、曲台阶与扭曲 图图6.9 台阶的平衡结构台阶的平衡结构本讲稿第八页，共三十六页6.2 邻位面与台阶的平衡结构邻位面与台阶的平衡结构 7.2.1 邻位面的台阶化邻位面的台阶化图图6.10 邻位面的台阶化邻位面的台阶化本讲稿第九页，共三十六页台阶的扭折化台阶的扭折化图图6.11 台阶的扭折化台阶的扭折化本讲稿第十页，共三十六页6.3 界面结构的理论模型界面结构的理论模型6.3.1 完整光滑突变界面模型完整光滑突变界面模型图图6.12 二维临界晶核的形成二维临界晶核的形成本讲稿第十一页，共三十六页6.3.2 非完整光滑突变模型非完整光滑突变模型图图6.13 晶体的位错晶体的位错本讲稿第十二页，共三十

4、六页图图6.14 螺旋状生长图解螺旋状生长图解图图6.15 蜷线台阶的观察蜷线台阶的观察本讲稿第十三页，共三十六页图图6.16 一对螺位错连续产生阶圈的过程一对螺位错连续产生阶圈的过程图图6.17 位错的生长丘位错的生长丘本讲稿第十四页，共三十六页图图6.18 单层界面模型单层界面模型6.3.3 粗糙突变界面模型粗糙突变界面模型本讲稿第十五页，共三十六页图图6.19 界面的相对吉布斯自由能关于界面的相对吉布斯自由能关于x的函数的函数 本讲稿第十六页，共三十六页6.3 界面结构的理论模型6.3.4 弥散界面模型模型考虑的界面是四方晶系001的面 图6.3.4.1 四方晶系本讲稿第十七页，共三十六

5、页5个基本假设 图6.3.4.2多层界面模型本讲稿第十八页，共三十六页光滑界面转变为粗糙界面系统吉布斯自由能的变化光滑界面转变为粗糙界面系统吉布斯自由能的变化 固、流体原子相互转变引起的交换能 界面键能改变引起的能量变化 界面组态熵的改变 本讲稿第十九页，共三十六页平衡状态下(）/kT 图7.3.4.3对同0/kTE的系统中，晶相原子的浓度分布()图7.3.4.4驱动力对不同相变熵的系统中界面结构的影响（）层状生长连续生长本讲稿第二十页，共三十六页物质相变熵 4 /kTE界面总层数图7.3.4.中的符号0.44620+0.769121.88943.3102表不同4 /kTE的系统中界面总层数本

6、讲稿第二十一页，共三十六页卡恩模型图7.3.4.界面自由能在界面连续移动时的变化本讲稿第二十二页，共三十六页图7.3.4.卡恩理论关于熔体生长机制与过冷度关系的预言图7.3.4.水杨酸苯酯晶体熔体生长数据本讲稿第二十三页，共三十六页7.4 界面运动学夫兰克运动理论台阶的运动影响晶体形态的因素计算机模拟本讲稿第二十四页，共三十六页运动学定律运动学两个基本定律图7.4.1确定晶体形状演变的运动学方法）邻位面倾角与台阶密度）邻位面法向生长速率的倒数）晶体形状的演变本讲稿第二十五页，共三十六页台阶运动 晶体表面观察到的台阶是由单原子台阶合并而成的。图7.4.2 高度达微米量级宏观台阶本讲稿第二十六页，

7、共三十六页 图7.4.3 晶面上台阶的运动密度不变台阶群的运动方程 其中，也称为运动波速度 本讲稿第二十七页，共三十六页图7.4.4 并合阶群的运动(a)包含台阶的生长着的晶体的截面(b)并合阶群接合形成螺线 是x-t面内直线轨迹的斜率本讲稿第二十八页，共三十六页影响晶体形态的因素物质相变熵的影响表面自由能的影响表面自由能的影响 吉布斯-乌尔夫生长定律 最小表面能原理晶体内部结构对形态的影响晶体内部结构对形态的影响杂质的影响其他布喇菲法则 周期键链理论周期键链理论 本讲稿第二十九页，共三十六页表面自由能的影响吉布斯-乌尔夫生长定律 第i个晶面的比表面自由能 自具有平衡状态的晶体中心引向第i个晶

8、面的垂直距离 本讲稿第三十页，共三十六页晶体内部结构对形态的影响布喇菲法则为，当晶体生长到最后阶段而被保留下来的一些主要晶面，应当是出现几率较高，晶面面积也较大，同时又具有较高的面网密度和较大的面网间距的晶面。实际晶体形态远比布喇菲法则推想的复杂。本讲稿第三十一页，共三十六页周期键链理论图7.4.5 PBC理论中的三种晶面（A、B、C均为PBC矢量）法向生长速率 本讲稿第三十二页，共三十六页杂质的影响图7.4.6 溶液的饱和度S及所含杂质K3Fe(CN)6 的浓度对NaCl晶形影响的关系图本讲稿第三十三页，共三十六页计算机模拟近年来，采用蒙特卡罗法，用计算机模拟实际晶体生长过程，有效地克服了通常的统计方法较难考虑生长基元聚集时对体系自由能作用的困难，获得了更接近实际生长结果的结论。本讲稿第三十四页，共三十六页图7.4.7 b=2a的螺型位错形成的双蜷线 (a)-(d)蒙特卡罗模拟(e)显微观察本讲稿第三十五页，共三十六页图7.4.8 一对螺位错产生台阶圈的计算机模拟 本讲稿第三十六页，共三十六页