静态溶液中KDP籽晶长大的浮力对流模拟研究

采用有限容积法,对KDP籽晶在静态溶液中的生长过程进行了数值模拟,研究了籽晶长大过程中的形状变化,考察了体过饱和度和籽晶特征尺寸对籽晶表面过饱和度及剪切力的影响,重点分析了籽晶长大过程中的尺寸效应.结果表明,当籽晶的特征长度小于临界尺寸时,籽晶的生长速率随着晶体尺寸的增大而加快;而当籽晶的特征长度大于临界尺寸时,籽晶的生长速率随着晶体尺寸的增大而减慢.     

不同pH值下磷酸二氢铵(ADP)溶液成核过程研究

利用全程摄像的方法测定了不同情况下ADP过饱和溶液的诱导期,研究了不同pH值、不同温度的ADP过饱和溶液的成核过程,讨论了pH值、温度和过饱和度S等因素对诱导期的影响.结果表明:改变pH值后,在同一过饱和度下,溶液的稳定性在不同温度间差异较小,更利于晶体在较高的温度下稳定快速的生长;改变pH值后,溶液在整个过饱和度范围内更趋向于均匀成核.根据经典均匀成核理论,针对ADP溶液均匀成核的状况计算出了不同pH值和温度下的固-液界面张力、临界成核功等成核参数,并从上述参数的相互比较中得到了改变pH值后溶液稳定性变强的微观原因.最后通过对表面熵因子的计算,确定了ADP晶体的微观生长机制为连续生长模式.     

ADP晶体(100)面相变界面的微观结构

ADP晶体{100}面族生长的实时与非实时AFM(Atomic Force Microscopy)研究表明,其相变驱动力为0.01～0.04kT/ωs时,ADP晶体(100)面的平均面粗糙度和均方面粗糙度均不到0.3 nm,小于该晶面间距0.75 nm,微观结构表现为光滑界面,与夫兰克模型、特姆金模型相符,并观测到螺位错生长;在相变驱动力为0.053～0.11kT/ωs时,ADP晶体的(100)面的平均面粗糙度和均方面粗糙度介于1.8～4.2 nm,大于该晶面间距0.75 nm,微观结构粗糙度增加,趋向于粗糙界面,可用特姆金的弥散界面模型解释,界面上观测到多二维核生长.     

KDP晶体生长的溶液流动和物质输运计算

本文采用有限容积法,对KDP晶体生长过程中溶液的流动和物质输运进行了数值模拟.结果表明:随着入口溶液流动速度的增大,籽晶的上表面因自然对流而引起的抽吸作用减小,表面过饱和度的最小值沿x正向发生右移,其上表面的剪切力先减小后增大.随着入口溶液过饱和度的增大,籽晶上表面剪切力增大.不同尺寸的籽晶表面过饱和度的分布差异较大.籽晶的生长边界层厚度与溶液流动密切相关,入口溶液流动速度越大,厚度越小,但其受入口溶液过饱和度的影响较小.     

EDTA和KCl双掺杂下KDP溶液的稳定性研究

研究了EDTA与KCl不同掺杂浓度和不同过饱和比下KDP溶液的成核过程,测定了不同条件下KDP过饱和溶液的诱导期;根据经典成核理论计算了成核热、动力学参数,并分析了溶液稳定性随掺杂浓度的变化情况。利用化学腐蚀法对KDP晶体(100)面进行了腐蚀,得到了清晰的位错蚀坑,并使用光学显微镜观察了(100)面位错蚀坑的分布特点。结果表明,当过饱和度为4%、掺杂浓度为0.01 mol%EDTA和1 mol%KCl时,不仅KDP过饱和溶液的稳定性比较高,而且位错蚀坑的分布比较均匀、密度小,适合高质量的KDP晶体生长。