激光晶体的化学键和折射率

利用介电描述的化学键理论求得８种激光基质晶体的化学键参数和晶体的折射率，计算的折射率和实验测量值符合较好。     

电磁波在含各向异性材料和磁光材料一维光子晶体中的传输

为研究在含各向异性材料和磁光材料一维光子晶体电磁波传输极化态的变化,把磁光材料作为缺陷层,设计一维光子晶体。利用4×4传输矩阵算法,计算该结构的传输谱。发现在特定的共振波长,输入线性极化电磁波同样输出线性极化电磁波,但输出极化的方向与输入极化方向不同。输出极化的方向决定于输入极化方向,既可以随输入极化同方向变化,也可以反方向变化。研究结果为实现光控制光提供了新的手段。     

晶体材料研究——从体块晶体到微纳米晶体

本文首先简要介绍了晶体的重要性和过去几十年来中国晶体材料研究取得的代表性成果.正文主要以我们课题组开展的工作为例,介绍了激光晶体、非线性光学晶体、磁光晶体、声光晶体、半导体晶体、有机晶体、有机-无机复合晶体、二维晶体、单晶光纤、药物结晶、微纳米晶体等方面的研究进展.这些研究实例的维度已覆盖体块-二维-一维-零维,晶体材料已在国防、经济建设、人类健康和科学技术发展的许多领域,发挥了重要作用并仍将是关键材料.     

利用化学键方法寻找新型光学晶体

利用化学键的观点定量地研究了一些具有各种晶体结构实用材料的介电性质。采用已建立的化学键方法，分析了这些晶体的介电性质与其组成化学键之间的关系。更进一步，基于晶体的化学键方法提出了一个组合方法用于定量确定具有相似晶体结构材料的介电性质。从目前的工作中可以推导出光学晶体非线性起源的结构信息，因此可以在一定程度上帮助人们开展非线性光学晶体工程的研究工作。     

氧化锌晶体生长基元模拟

本文利用Hyperchem分子模拟软件对氧化锌晶体生长基元Zn(OH)42-进行了系统的模拟.通过模拟分析生长基元的结合方式,提出了生长基元的结合规律.结果表明:Zn原子数(生长基元)与共用O原子数(O桥)的比例越大所形成的络合物越稳定;当分子中Zn原子和共用O原子比例一定时,羟基数目越少则越稳定.并且通过计算机模拟生长基元直线状结合情况解释了单晶ZnO纳米线状或纳米棒状的结构很难在实验中获得的原因.     

晶体生长机制和生长动力学的蒙特卡罗模拟研究

采用动力学蒙特卡罗方法,对在完整光滑界面上低过饱和度溶液中的晶体生长机制和动态过程进行计算机模拟,得到了晶体生长速率与溶液过饱和度之间的关系以及晶体生长的表面形态.对以二维成核为主要生长机制的动力学生长规律进行分析,发现了二维成核生长的生长死区以及单核生长转变为多核生长时的过饱和度临界值,讨论了热粗糙度、表面扩散、台阶平均高度以及表面尺寸对晶体平均生长速率的影响.     

钨酸钡晶体本征点缺陷的模拟计算

本文利用晶格动力学软件GULP模拟计算了钨酸钡晶体的本征点缺陷,首先利用驰豫拟合的方法得到离子之间的相互作用势,利用这些相互作用势计算得到的结果与实验结果吻合得很好,在此基础上计算晶体本征缺陷的生成能,通过对本征点缺陷生成能的分析得到以下结论:钨酸钡晶体内V2+O的数量要大于V2-Ba的数量;钨酸钡晶体内缺陷态主要以V2-Ba-V2+O空位对和F色心形式存在.     

钙钛矿及类钙钛矿热致变色单晶材料的研究进展

随着人们对智能光伏玻璃、智能温度传感器等智能光电器件的需求增加,卤化物钙钛矿热致变色材料逐渐走进大众视野,由于钙钛矿材料的颜色可随温度发生快速响应,且该循环可逆,其在智能变色半导体器件中的应用相关研究已获得了广泛的关注。本文从钙钛矿单晶材料出发,首先介绍了钙钛矿及类钙钛矿单晶材料的几种常用液相制备方法。随后分别重点介绍了三维卤化物钙钛矿、低维类钙钛矿等几类单晶材料的热致变色现象,包括不同类型的材料因结构不同,而表现出两种不同的热变色机理:以低维类钙钛矿材料为代表的结构相变和以双钙钛矿材料为代表的晶格膨胀。对比了不同单晶材料热致变色性能的优劣,如是否具有可逆性等,同时介绍了其在多功能应用领域的发展潜力。最后对钙钛矿热致变色材料目前面临的挑战和未来的发展进行了展望。     

溶液中结晶生长的动力学模拟:化学键合方法

基于化学键合的角度对晶体生长过程的理解,提出了一个由动力学因素控制的形貌预测模型.该模型同时考虑了晶体内部结构和环境生长因素对晶体最终形貌的影响.对磷酸二氢钾 (KDP) 和磷酸二氢铵 (ADP) 晶体在不同动力学条件下的生长形貌进行了理论模拟,所预测的结果与实验观测结果基本一致.同时比较了相同过饱和度条件下KDP和ADP晶体的生长形貌,认为晶体局部成键性质不同是导致两者形貌差异的根本原因.本文通过对动力学因素控制的生长形貌的分析,为实际晶体生长过程中的形貌调控研究及应用提供理论依据.     

分离结晶垂直Bridgman法生长CdZnTe晶体的全局数值模拟

采用FLUENT软件对分离结晶Bridgman法生长CdZnTe晶体进行了全局数值模拟.模拟对象为:熔体上部边界条件分别为固壁和自由表面时两种晶体生长系统.重点考虑坩埚和晶体之间狭缝宽度e和重力对分离结晶过程的影响.在计算中分别取e=0 mm、0.5 mm和1 mm三种狭缝宽度,得到了在微重力和常重力条件下的温度分布、结晶界面形状以及流函数分布图.结果表明:在微重力条件下,当熔体上部为固壁时,随着狭缝宽度的增大,热毛细力作用增强,流动强度增强;当熔体上部为自由表面时,则与之相反.在常重力条件下,由于浮力-热毛细对流的共同作用,随着狭缝宽度的增加,流动强度逐渐减弱,有助于提高晶体生长质量.     

热屏优化对大直径单晶硅生长影响的数值模拟

通过对28英寸热场生长300 mm硅单晶过程中结晶速率、固液界面形状、晶体中热应力及晶体中氧含量的数值计算提出了在该热场条件下热屏的优化方案。数值计算结果表明:对热屏底端与晶体表面和熔体自由液面的距离以及热屏材料(优化前热屏使用单一石墨材料,优化后采用辐射率较高的内壁材料结合反射率较高的外壁材料组成复合式热屏)的优化可以减少主加热器对晶体的热辐射使得固液界面更加平坦,藉此增加结晶速率,减小晶体内热应力和熔体中氧含量。     

冷心放肩微量提拉法大尺寸蓝宝石单晶生长过程的模拟分析

利用数值模拟方法计算了冷心放肩微量提拉法(SAPMAC)蓝宝石晶体生长过程.结合晶体直径变化、裂纹出现位置与延续方向、晶体透明性等实验现象,通过与提拉法、温梯法、坩埚移动法等相对比,分析了冷心放肩微量提拉法晶体生长各阶段的工艺特点,并根据模拟计算结果对晶体生长系统和晶体生长控制工艺进行了改进.分别利用增大热交换器的散热参数、降低加热温度、改进降温曲线、调节外加轴向和径向温度梯度的方式来实现对晶体生长的引晶、放肩、等径和收尾控制.通过实验比较证明了改进后的晶体生长系统和晶体生长控制工艺能够生长出性能较好的大尺寸蓝宝石晶体.     

Marangoni Convective Effect during Crystal Growth in Space

GaSb:Te and GaInSb samples have been solidified under microgravity conditions during the D2 Spacelab mission. Experimental design and parameters are described. Analysis of the thermal data taken during the flight, associated to numerical simulations of heat transfer in the experiment, with the help of FIDAP, gave the experimental conditions (thermal gradients and growth rate). Quantitative chemical analyses of the samples show a chemical segregation characteristic of strong mixing in the melt during crystal growth. Silica crucibles with an internal screw thread groove on the inner wall were used in order to get dewetting of samples from the crucible. It was therefore supposed that Marangoni convection on the free surface associated to the groove might have been the source of convection. This hypothesis has been studied by numerical simulation using FIDAP and the velocity field obtained is in agreement with a strong perturbation of the solutal boundary layer ahead the solid-liquid interface. This can explain the observed chemical segregation.