KDP晶体介绍

KDP晶体及晶体生长技术介绍

摘要：KDP晶体是一种性能优良的电光非线性光学晶体，以及能快速生长、长成大尺寸晶体而成为国内外研究的热点。本文主要对KDP晶体以及KDP晶体降温溶液法晶体生长技术的介绍。

关键词：KDP晶体、研究热点、溶液降温法、生长技术

引言

磷酸二氢钾晶(KDP)体是20世纪40年代发展起来的一类优良的非线性光学晶体材料，KDP(磷酸二氢钾)晶体的研究已有70多年的历史，其生长机理、生长技术和晶体性能等方面都有广泛深入的研究，已经有了一套系统的晶体生长理论。

KDP(KH2PO4)晶体是一种综合性能比较优良的非线性光学材料,被广泛地应用于激光变频、电光调制和光快速开关等高科技领域,是大功率激光系统的首选材料。降温法是目前最常用的生长KDP晶体的方法，是通过生长溶液的缓慢降温来获得晶体生长所需要的过饱和度来进行的。综合考虑其电光性能，特大尺寸、高质量的KDP晶体成为大功率激光器中主要光学晶体材料之一。因此通过改变KDP晶体生长条件和利用添加剂生长大尺寸高光学质量的KDP晶体成为国内外研究的热点。

KDP晶体在常温下有2种晶型,一种是四方相，另外一种是单斜相,单斜相晶体没有实用价值.因此采用降温法生长KDP晶体，只能亚稳相生长,而遇到最大的困难是四方相晶体在生长过程中容易发生晶变，溶液中出现单斜相，并且一旦这种现象出现，四方相就很难继续长大,这成为生长大尺寸晶体的最大的障碍。而影响因素包括:溶液的稳定性、过饱和度的控制精度、热量和溶质传递的强迫对流、籽晶的制备等一系列因素。

1.KDP晶体介绍

KDP晶体是一种性能优良的电光非线性光学晶体。综合考虑其电光性能，以及易于生长、生长尺寸比较大的特点，特大口径、高质量的KDP晶体成为大功率激光器中主要光学晶体材料之一。传统方法生长大尺寸KDP晶体周期长、成本高，很难满足对KDP晶体的大量需求，因此快速生长大尺寸高质量的KDP晶体成为国际研究的热点。快速生长KDP晶体对生长条件要求很高，要求溶液有高的稳定性，

同时要保证快速生长的KDP晶体光学均匀性好，缺陷较少，具有好的光学质量，以满足高功率激光器对KDP晶体的应用要求。

不论国内国外，都对生长大尺寸、高的光学质量的KDP晶体都进行了深入的研究。

1997年中国科学院福建物质结构研究所黄炳荣等在KDP晶体生长溶液中适量引入能起习性调节作用的添加剂后，改变了以往惯用的通过反复扩种或多块籽晶拼接的方法来获取大截面籽晶的传统作法。直接采用小籽晶进行大截面晶体生长，快速地生长出所需要尺寸的籽晶或可用晶体。1999年中国科学院福建物质结构研究所杨上峰通过添加硼酸盐和EDTA添加剂，采用Z切点籽晶实现了KDP 晶体的快速生长，[001]和[100]方向的生长速度可达10～15mm/d。在5L生长槽中生长出尺寸为51×45×50mm3的KDP单晶体。

2000年山东大学晶体材料国家重点实验室的傅有君等研究了亚磷酸盐对KDP晶体生长习性的影响，认为原料纯度是进行快速生长的关键，要进行KDP快速生长必须采用不含抑制柱面生长的阳离子和抑制锥面生长的阴离子。通过提纯原料采用“点籽晶”进行了快速生长，生长出33.7×43.2×41.2mm3的KDP单晶体，平均生长速度为13.7mm/d。2005年中国科学院福建物质结构研究所李国辉以优级纯的KH2PO4和超纯水为原料，采用新的添加剂KCl(氯化钾)及EDTA钾盐，使生长溶液的稳定性得到提高。在5L生长槽内生长出51 X54 X40turn3的KDP 单晶，生长速度达到15～20mm/d。测试了快速生长晶体的性能，发现质量与传统方法生长晶体性能相当,可以达到实用要求。

日本Osaka大学的研究人员发现，生长溶液中的细菌和微生物的存在影响了KDP晶体生长溶液的稳定性；美国I．IM，实验室的研究学者认为溶液中存在的有机物、不溶性杂质的包裹体是影响KDP晶体生长质量不可忽略的原因，因此研究不同类型杂质对KDP晶体生长、结构、性能的影响受到国内外学者的重视。快速生长高质量、大尺寸的KDP晶体，成为KDP晶体研究的另一个热点。

近年来，随着高功率激光系统在核爆模拟、受控热核反应等重大技术上的应用，高激光损伤阈值、大尺寸的KDP晶体与其性能的研究，在国际上进入了一个新的阶段。惯性约束核聚变(ICF)是将来获取核能环保能源最有前途的手段之一。惯性约束核聚变(ICF)是通过激光或粒子的引发来完成的，是一种可控的热核爆炸，因而受到了世界各国的重视。

2.KDP晶体生长技术

2.1 KDP晶体生长过程

采用A.R.级KDP试剂为溶质,二次蒸馏水为溶剂,以一定量的KDP和水配制

溶液.实验均在5L生长槽内进行,采用降温法生长晶体,分别称取不同重量的样品,制成不同温度下的溶液,测定各个样品溶液的饱和点温度,制订降温速度,制备籽晶.将籽晶、饱和溶液进行适当处理,密封后进行生长,生长温区为35~66.5℃。

2.2生长方式与生长装置

关于 KDP 晶体生长，除了传统的溶液降温法，循环流动法和连续过滤法外，又出现了生长方法，蠕动泵加入法，光育法等。在这些新型生长方法的基础上，通过对籽晶架和育晶器进行改进，进一步加快了晶体生长速率，提高了晶体质量。

KDP晶体要求有很高的光学质量，故对生长溶液的纯度要求非常高，即试剂纯度高，溶液需要超细过滤。但是晶体转动过程中不可避免的摩擦会产生许多污染物降低了溶液的纯度，最终导致晶体的光学质量下降!为解决此种问题，连续过滤法孕育而出。由 Zaitseva等设计的连续过滤系统是从生长槽中取出过饱和溶液，在高于饱和温度下过滤，然后冷却到生长槽温度并回流到生长槽中，从而实现在晶体生长过程中对溶液连续过滤的目的!连续过滤法可实现在高过饱和度下快速生长大尺寸高质量的KDP 晶体。

2.3溶液饱和点的测定

在温度t时要配制体积为V的过饱和溶液,测定温度-饱和度曲线,以制订相应的降温区间，防止杂晶的出现。采用溶液重量分析法测定溶解度曲线，并用吊晶法和雪崩法分别反复测定溶液的饱和温度与雪崩点温度,从而确定溶液的介稳区。

2.4 掉晶试验

用尼龙线将一小块晶体悬挂在其饱和温度的溶液中,仔细观察晶体附近的液流情况。如果溶液是不饱和的，则晶体棱角变得圆滑,靠近晶体表面的溶液，由于晶体的溶解,其浓度比周围浓度大，因而变得较重而向下运动,形成一股向下的液流，称其为溶解涡流；如果溶液是过饱和的,则晶体呈现生长现象，晶面变光滑,棱角"发毛"变白.晶体附近的溶液由于溶质在晶体上的析出,密度变小，因而形成一股向上运动的液流，称为生长涡流。涡流是溶液中浓差造成的对流运动,距离饱和温度越远，涡流越明显，反之就越弱.在饱和温度下，涡流完全消失。因此，可以通过对涡流的变化来确定饱和温度。在测定时，可以从不饱和状态开始，逐渐降低温度，观察晶体附近涡流从溶解涡流减弱,到生长涡流出现的过程。找出涡流消失时的温度,即为溶液的饱和温度。如图1所示。为了提高精度，可以反复数次通过饱和点进行测定.使用该方法要防止溶液分层，测定前溶液应充分搅拌，让溶液发生自然对流.注意生长涡流和溶解涡流的变化，若二者都没有发生变化，即确定此温度为溶液的饱和点温度。

2.5溶液处理

配制5015 g /100mL的饱和溶液1 000mL，溶液经超微过滤滤膜。当溶液饱和点确定以后,将配制好的溶液移入育晶器内,将育晶器严格密封,实验发现,溶液的纯度不高或者有杂质的引入,严重影响籽晶的长大。将溶液温度升高至饱和点温度70e,不断搅拌溶液,恒温24 h,此为过热处理,溶液经过热后降温至高于饱和点温度3~5e后下籽晶然后将溶液逐渐降温至饱和点温66.5℃,维持恒温24 h 后,测定溶液的pH值,在实验过程中,充分考虑到了pH值对KDP晶体生长形状的影响,调整溶液的pH值为2.2。结果表明,这一调整值非常有效。所生长晶体并未出现楔化现象,晶体生长的宏观形态也较完整,从而提高了单晶的利用率。

2.6晶体生长与籽晶

利用降温法生长晶体过程中,不再补充溶液或者溶质,因此整个育晶器在生长过程中必须严格密封,以防止溶剂挥发或者和外界的污染。保温部分、水浴槽、育晶器顶部有冷凝水回流。底部电炉加热使得溶液表面和底部都有不饱和层保护,避免自发晶核形成。为使溶液温度均匀,并且生长中的各个晶面在过饱和溶液中得到均匀的溶质供应,要求晶体对溶液做相对运动。这是因为液流对晶体外形的影响非常明显。为了克服这种方式所造成的某些晶面迎液面和背液面的缺点,一般均采用正反转,以求得溶液对晶面的流量均等,从而减少由于晶体周围的溶质供应不均匀而产生的缺陷。制备籽晶为Z切向籽晶,晶转速度约为80 r/min可保证液流速度对生长速度的影响达极限值,然后再自然降温至饱和温度,开始降温进行生长。

结语

本文综述了近年来KDP晶体生长的研究状况以及KDP晶体生长的技术，认为无论在生长方法的创新还是对晶体生长溶液稳定性的深入研究上都有新的进展，

但是距离实现快速实现快速生长出高质量大尺寸的KDP晶体还是有一定差距，仍

需继续在新的生长方法、生长技术、溶液稳定性和后期处理等方面进行深入探索。参考文献

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XRD晶粒尺寸计算

XRD晶粒尺寸分析 很多人都想算算粒径有多大。 其实，我们专业的术语不叫粒径，而叫“亚晶尺寸”，它表征的并不是一个颗粒的直径。 A。这么说吧，粉末由很多“颗粒”组成，每个颗粒由很多个“晶粒”聚集而成，一个晶粒由很多个“单胞”拼接组成。X射线测得的晶块尺寸是指衍射面指数方向上的尺寸，如果这个方向上有M个单胞，而且这个方向上的晶面间距为d，则测得的尺寸就是Md。如果某个方向（HKL）的单胞数为N，晶面间距为d1，那么这个方向的尺寸就是Nd1。由此可见，通过不同的衍射面测得的晶块尺寸是不一定相同的。 B 如果这个晶粒是一个完整的，没有缺陷的晶粒，可以将其视为一个测试单位，但是，如果这个晶粒有缺陷，那它就不是一个测试单位了，由缺陷分开的各个单位称为“亚晶”。比如说吧，如果一个晶粒由两个通过亚晶界的小晶粒组成（称为亚晶），那么，测得的就不是这个晶粒的尺寸而是亚晶的尺寸了。 C 为什么那么多人喜欢抛开专业的解释而用“粒径”这个词呢？都是“纳米材料”惹的祸。纳米晶粒本来就很小，一般可以认为一个纳米晶粒中不再存在亚晶，而是一个完整的晶粒，因此，亚晶尺寸这个术语就被套用到纳米晶粒的“粒径”上来了。实际上，国家对于纳米材料的粒径及粒径分布的表征是有标准的，需要用“小角散射”方法来测量。比如，北京钢铁研究总院做这个就做了很长时间。但是呢，一则，做小角散射的地方还不多，做起来也特别麻烦（现在好一些了，特别是对光能自动一些了），所以，很少有人去做，而且，用衍射峰宽计算出来的“粒径”总是那么小，何乐而不为呢？我私下地觉得吧，这些人在偷换概念。久而久之，大家也就接受了。 为了这个事吧，有些人就问了，既然做出来的纳米材料的“粒径”是这么小，那么有没有办法在做SEM或TEM时将团聚在一起的小晶粒分开呢？确实分不开，分得开的是一个个的晶粒，分不开的是亚晶。 D 至于为什么通过衍射峰宽测出来的“粒径”为什么总是那么小，还有一个原因。实际上吧，使衍射峰变宽的原因可能有两个，一是晶粒变小了，另一个原因是晶粒内部存在“微观应变”。打个比方吧，甲乙两个人同时做一件事，结果把功劳算到甲一个人头上，当然这个人的功劳就大了（功能劳大就峰宽，峰越宽晶粒就越细）。有时候发现，有个别人在有意无意地避口不谈乙的功劳。 E 为什么允许将亚晶尺寸称为“粒径”呢？称为径，必假定晶粒为“球形”，从而假定了不论从哪个晶面去测都会是相同的，即忽略了A 所说的那种差别。事实上，这种不同方向的尺寸差异在很多情况下确实可以忽略。但是，也有一些特殊情况是不可以的。下面我们再谈。 注意这两个假定，这就是为什么很多人都说，XRD测出来的粒径不可靠，总是小于SEM和TEM量出来的值。因为概念都不相同，它们怎么可能相同呢？ 既然大家都说是粒径，那么要怎么样来算粒径呢？ 我们先来看一个简单的问题。 怎么做拟合？

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xRD晶粒尺寸分析

xRD晶粒尺寸分析

XRD晶粒尺寸分析 注：晶粒尺寸和晶面间距不同 计算晶粒大小：谢乐公式：D=kλ/βcosθ D—垂直于反射晶面（hkl）的晶粒平均粒度D是晶粒大小 β--（弧度）为该晶面衍射峰值半高宽的宽化程度 K—谢乐常数，取决于结晶形状，常取0.89 θ--衍射角 λ---入射X射线波长（?） 计算晶面间距：布拉格方程：2dsinθ=nλd是晶面间距。 此文档是用XRD软件来分析晶粒尺寸，用拟合的办法，而不是用谢乐公式 很多人都想算算粒径有多大。 其实，我们专业的术语不叫粒径，而叫“亚晶尺寸”，它表征的并不是一个颗粒的直径。 A 这么说吧，粉末由很多“颗粒”组成，每个颗粒由很多个“晶粒”聚集而成，一个晶粒由很多个“单胞”拼接组成。X射线测得的晶块尺寸是指衍射面指数方向上的尺寸，

如果这个方向上有M 个单胞，而且这个方向上的晶面间距为d ，则测得的尺寸就是Md 。如果某个方向（HKL ）的单胞数为N ，晶面间距为d 1，那么这个方向的尺寸就是Nd 1。由 此可见，通过不同的衍射面测得的晶块尺寸是不一定相同的。 B 如果这个晶粒是一个完整的，没有缺陷的晶粒，可以将其视为一个测试单位，但是，如果这个晶粒有缺陷，那它就不是一个测试单位了，由缺陷分开的各个单位称为“亚晶”。比如说吧，如果一个晶粒由两个通过亚晶界的小晶粒组成（称为亚晶），那么，测得的就不是这个晶粒的尺寸而是亚晶的尺寸了。 C 为什么那么多人喜欢抛开专业的解释而用“粒径”这个词呢？都是“纳米材料”惹的祸。纳米晶粒本来就很小，一般可以认为一个纳米晶粒中不再存在亚晶，而是一个完整的晶粒，因此，亚晶尺寸这个术语就被套用到纳米晶粒的“粒径”上来了。实际上，国家对于纳米材料的粒径及粒径分布的表征是有标准的，需要用“小角散射”方法来测量。比如，北京钢铁研究总院做这个就做了很长时间。但是呢，一则，做小角散射的地方还不多，做起来也特别麻烦（现在好一些了，特别是对光能自动一些了），所以，很少有人去做，而且，用衍射峰宽计算出来的“粒径”总

高中化学选修三几种典型晶体晶胞结构模型总结

学生版：典型晶体模型 晶体晶体结构晶体详解 原子晶体金刚 石 (1)每个碳与相邻个碳以共价键结合， 形成体结构 (2)键角均为 (3)最小碳环由个C组成且六个原子不 在同一个平面内 (4)每个C参与条C—C键的形成，C原子 数与C—C键数之比为 SiO2 (1)每个Si与个O以共价键结合，形成正 四面体结构 (2)每个正四面体占有1个Si，4个“ 1 2O”，n(Si)∶ n(O)＝ (3)最小环上有个原子，即个O，个Si 分子晶体干冰 (1)8个CO2分子构成立方体且在6个面心又各 占据1个CO2分子 (2)每个CO2分子周围等距紧邻的CO2分子 有个 冰 每个水分子与相邻的个水分子，以相 连接，含1 mol H2O的冰中，最多可形成 mol“氢键”。 NaCl( 型)离子 晶体(1)每个Na＋(Cl－)周围等距且紧邻的Cl－(Na＋)有 个。每个Na＋周围等距且紧邻的 Na＋有个 (2)每个晶胞中含个Na＋和个Cl－ CsCl (型)(1)每个Cs＋周围等距且紧邻的Cl－有个，每个Cs＋(Cl－)周围等距且紧邻的Cs＋(Cl－)有个(2)如图为个晶胞，每个晶胞中含个Cs ＋、个Cl－

金属晶体简单 六方 堆积 典型代表Po，配位数为，空间利用率52% 面心 立方 最密 堆积 又称为A1型或铜型，典型代表，配位 数为，空间利用率74% 体心 立方 堆积 又称为A2型或钾型，典型代表，配位 数为，空间利用率68% 六方 最密 堆积 又称为A3型或镁型，典型代表，配位 数为，空间利用率74% 混合晶体石墨(1)石墨层状晶体中，层与层之间的作用是 (2)平均每个正六边形拥有的碳原子个数是，C原子采取的杂化方式是 (3)每层中存在σ键和π键，还有金属键 (4)C—C的键长比金刚石的C—C键长，熔点比金刚石的 (5)硬度不大、有滑腻感、能导电

中国功能晶体研究进展

185 https://www.sodocs.net/doc/ed13686933.html, Volume 1 · Issue 2 · June 2015 Engineering 中国功能晶体研究进展 王继扬１*，于浩海１，吴以成２，Ｒｏｂｅｒｔ　Ｂｏｕｇｈｔｏｎ３ 摘要：功能晶体是现代科学技术发展的基础材料之一，在当前 信息时代发挥着重要和关键的作用。本文总结了若干功能晶体的研究进展，综述了中国功能晶体的现状及重大成就和重要应 用，讨论了功能晶体面临的挑战和机遇，提出了可能的发展方向。 关键词：功能材料，激光晶体，非线性光学晶体，闪烁晶体，弛豫型铁电晶体，半导体 1?引言 晶体是具有长程有序的固体材料，功能晶体是力、热、电、磁、光、声等各种能量形式转化的媒介，是现代科学技术发展的基础材料之一。例如，众所周知的宝石——金刚石晶体由于其极高的硬度、优越的热学和电导性能，掺杂后还有半导体性质，是一种优秀的功能晶体；单晶硅是集成电路的基础，推动了计算机及其相关技术的蓬勃发展，使人类进入了信息时代。功能晶体的人工制备始于1900年法国科研工作者生长人工红宝石 (刚玉) 晶体用于制造手表轴承。人工晶体是针对特定需求而专门生长的高纯度和高度完整性单晶体，在现代科学技术中，人工晶体起着关键作用。 根据主要效应和应用，功能晶体可分成：激光晶体、非线性光学晶体、电光晶体、压电晶体、热释电晶体和闪烁晶体等。此外，大多数半导体晶也具有功能效应，属于功能晶体。目前，功能晶体在众多先进光电子和微电子设备起到了不可或缺的作用。 激光是20世纪四大发明之一，激光晶体是其核心和物质基础，标志着激光器的发展历程。1960年，Maiman 以红宝石晶体 (Cr 3+:Al 2O 3) 为激光介质，发明了首台激光器，标志着激光的产生[1]；20世纪70年代，掺钕钇铝石榴石 (Nd:Y AG) 激光晶体首次实现激光输出，推动了中高功率激光的发展；20世纪80年代，钛宝石 (Ti:Al 2O 3) 激光晶体的发展奠定了可调谐激光器 (范围为660~1100 nm) 和超快、超强激光器的基础。20世纪80年代晚期，激光二极管的商业化促进了全固态激光器的迅速发展；20世纪90年代，掺钕钒酸钇 (Nd:YVO 4) 晶体生长瓶颈的克服，促进了高效、紧凑全固态激光器和激光技术的广泛应用。 通常情况下，一种激光器仅发射一种或数种具有特定波长的激光，不同的应用和需求需要不同波长的激光。非线性光学晶体可通过非线性光学效应产生不同波长激光。非线性光学效应是指当激光通过非线性光学介质时，会诱发非线性光学介质的非线性极化，从而产生非线性谐波，如倍频、差频、和频、光参量振荡和光参量产生等。具有非线性光学效应的晶体称为非线性光学晶体。 本文概述了中国功能晶体的最新研究进展，涉及激光晶体、非线性光学晶体 (包括深紫外、可见、红外以及太赫兹波段等) 、闪烁晶体、弛豫铁电体和宽禁带半导体晶体等，并讨论了可能的发展方向。 2?功能晶体现状 2.1?激光晶体 激光晶体是可以通过电泵浦或者光泵浦实现激光输 1 State Key Laboratory of Crystal Materials, Shandong University, Jinan 250100, China; 2 Technical Institute of Physics and Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100080, China; 3 Department of Physics and Astronomy, Bowling Green State University, Bowling Green, OH 43403-0001, USA * Correspondence author. E-mail: jywang@https://www.sodocs.net/doc/ed13686933.html, Received 22 June 2015; received in revised form 28 June 2015; accepted 30 June 2015 ? The Author(s) 2015. Published by Engineering Sciences Press. This is an open access article under the CC BY license (https://www.sodocs.net/doc/ed13686933.html,/licenses/by/4.0/)英文原文：Engineering 2015, 1(2): 192–210 引用本文：Jiyang Wang, Haohai Yu, Yicheng Wu, Robert Boughton. Recent Developments in Functional Crystals in China. Engineering , DOI 10.15302/J-ENG-2015053 Advanced Materials and Materials Genome—Review Research

晶体学和晶体材料研究的进展

晶体学和晶体材料研究的进展 作者：王皖燕博士 中国科学院物理研究所 随着计算机技术和激光技术的发展，人类已经走进了崭新的光电子时代；而实现这一巨大变化的物质基础不是别的，正是硅单晶和激光晶体。可以断言，晶体材料的进一步发展，必将谱写出人类科技文明的新篇章。 一、人类对晶体的认识过程及有关晶体的概念 1．人类对晶体的认识过程 什么是晶体?从古至今，人类一直在孜孜不倦地探索着这个问题。早在石器时代，人们便发现了各种外形规则的石头，并把它们做成工具，从而揭开了探求晶体本质的序幕。之后，经过长期观察，人们发现晶体最显著的特点就是具有规则的外形。 1669年，意大利科学家斯丹诺(Nicolaus Steno)发现了晶面角守恒定律，指出在同一物质的晶体中，相应晶面之间的夹角是恒定不变的。接着，法国科学家阿羽依(Rene Just Hauy)于1784年提出了著名的晶胞学说，使人类对晶体的认识迈出了一大步。根据这一学说，晶胞是构成晶体的最小单位，晶体是由大量晶胞堆积而成的。 1885年，这一学说被该国科学家布喇菲(A．Bravais)发展成空间点阵学说，认为组成晶体的原子、分子或离子是按一定的规则排列的，这种排列形成一定形式的空间点阵结构。1912年，德国科学家劳厄(Max van Lane)对晶体进行了X射线衍射实验，首次证实了这一学说的正确性，并因此获得了诺贝尔物理奖。 2．晶体的概念 具有空间点阵结构的物体就是晶体，空间点阵结构共有14种。例如，食盐的主要成份氯化钠(NaCl)具有面心立方结构，是一种常见的晶体。此外，许多金属(如钨、钼、钠、常温下的铁等)都具有体心立方结构，因而都属于晶体。 值得注意的是，在晶体中，晶莹透明的有很多，但是，并不是所有透明的固体都是晶体，如玻璃就不是晶体。这是因为，组成玻璃的质点只是在一个原子附近的范围内作有规则的排列，而在整个玻璃中并没有形成空间点阵结构。 3．天然晶体与人工晶体 晶体分成天然晶体和人工晶体。千百年来，自然界中形成了许多美丽的晶体，如红宝石、蓝宝石、祖母绿等，这些晶体叫做天然晶体。

石英晶体原理,特性,参数,应用及使用注意事项介绍(补：睡眠晶振的介绍)

石英晶体原理,特性,参数,应用及使用注意事项介绍 来源:网络作者:未知字号:[大中小] 石英晶体原理,特性,参数,应用及使用注意事项介绍 石英晶体等效电路 Vibration of a crystal unit is actually mechanical vibration．However．the crystal unit can be expressed by a two—terminal network if its behavior is electrically converted．The series circuit consisting of L1．C1．and R1 is related to elastic vibration．while the element C0 connected in parallel to the series arm as a capacitance attributable to the dielectric body of a quartz crystal plate．The resistance R1 is a resonance resistance of the crystal unit at the series resonance frequency．(See Fig.1.) 石英晶体谐振器的振动实质上是一种机械振动。实际上，石英晶体谐振器可以被一个具有电子转换性能的两端网络测出。这个回路包括L1、C1，同时C0作为一个石英晶体的绝缘体的电容被并入回路，与弹性振动有关的阻抗R1是在谐振频率时石英晶体谐振器的谐振阻抗。(见图1) 石英晶体的频率-温度特性 To use a crystal unit as an oscillator．its oscillated frequency is required to be stable against temperature variations．A quartz crystal has crystallographic axes．and crystal cut is defined according to the cutting angle against a crystallographic axis and its associated mode of vibration．-Typical types of crystal cut and frequency—temperature characteristics are shown in Fig.2.

石英晶体谐振器基本知识介绍

石英晶体谐振器基本知识介绍 1、石英晶体谐振器简介 石英晶体谐振器是一种用于稳定频率和选择频率的重要电子元件。在有线通讯、无线通讯、广播电视、卫星通讯、电子测量仪器、微机处理、数字仪表、钟表等各种军用和民用产品中得到了日益广泛的应用。我公司的石英晶体谐振器不仅广泛应用于国家重点军事及航天工程中，也为“神舟”系列飞船及其运载火箭进行了多次成功配套。 2、石英晶体谐振器名词术语 1) 标称频率：晶体元件技术规范中规定的频率，通常标识在产品外壳上，它与晶体元件的实际工作频率有一定的差值。 2) 工作频率：晶体元件与其电路一起产生的振荡频率。 3) 调整频差：在规定条件下，基准温度（25℃±2℃）时工作频率相对于标称频率所允许的最大偏差。 4) 温度频差：在规定条件下，在工作温度范围内相对于基准温度（25℃±2℃）时工作频率的允许最大偏差。 5) 温度总频差：在规定条件下，在工作温度范围内相对于标称频率的允许最大偏差。 6) 等效电阻（ESR，Rr，R1）：又称谐振电阻。在规定条件下，石英晶体谐振器不串联负载电容在谐振频率时的电阻。 7) 负载谐振电阻（RL）：在规定条件下，石英晶体谐振器和负载电容串联后在谐振频率时的电阻。 8) 静电容（C0）：等效电路中与串联臂并接的电容，也叫并电容。 9) 负载电容（C L）：从石英晶体谐振器插脚两端向振荡电路方向看进去的全部有效电容为该振荡器加给石英晶体谐振器的负载电容。负载电容系列是：8pF、12pF、15pF、20pF、30pF、50pF、100pF。负载电容与石英谐振器一起决定振荡器的工作频率，通过调整负载电容，一般可以将振荡器的工作频率调到标称值。产品说明书中规定的负载电容既是一个测试条件，也是一个使用条件，这个值可以根据具体情况作适当调整，负载电容太大时杂散电容影响减少，但微调率下降；负载电容小时、微调率增加，但杂散电容影响增加，负载电阻增加，甚至起振困难。负载电容标为∞即为串联谐振。10) 频率牵引灵敏度（Ts）：为相对频率牵引范围对负载电容的变化率，即负载电容变化1pF时频率的相对变化值，它反映改变负载电容时引起频率变化的灵敏度，也称频率可调性。 11) 激励电平：为石英晶体谐振器工作时消耗的有效功率。常用标准有0.1、0.3、0.5、1、2mW，产品说明书中每种产品规定的激励电平值是一个测试条件，也是一个使用条件，实际使用中激励电平可以适当调整。激励强，容易起振，但频率老化加大。激励太强甚至使石英片破裂，降低激励，频率老化可以改善，但激励太弱时频率瞬间变差，甚至不易起振。

晶粒尺寸的测定

用X射线粉末衍射法测定超细晶的粒径及微观应力 适用于1~100纳米的超细晶

用X射线粉末衍射法测定超细 晶的粒径及微观应力 问题-1 ?粉末衍射法测定超细晶粒径的原理是什么？ ?用粉末衍射法测定超细晶粒径是怎样做的？ ?用粉末衍射法测定超细晶粒径要注意什么？ 问题-2 ?粉末衍射法测定超细晶微观应力的原理是什么？ ?用粉末衍射法测定超细晶微观应力是怎样做的？ ?用粉末衍射法测定超细晶微观应力要注意什么？ 2

用X射线粉末衍射法测定 超细晶的粒径及微观应力 多晶衍射测定微晶粒径 ?衍射峰的基本要素； ?微晶宽化效应(粉末衍射法测定超细晶粒径的 原理与方法)； ?粉末衍射法测定超细晶粒径应用举例； 多晶衍射测定微观应力 ?微观应力的测定方法； ?微观应力与微晶宽化的分离； ?微观应力计算应用实例； 3

4任何一个衍射峰都是由五个基本要素组成的。 ?衍射峰的位置，最大衍射强度（I max ），半高宽，形态（通常衍射峰的峰形态，可具有Gauss, Cauchy, Voigt 或Pearson VII 分布）及对称性或不对称性。 ?不对称有为左右半高宽不对称；B 为左右形态不对称；C 为左右半高宽与形态不对称；D 为上下不对称；以及任意不对称；完 全对称(图1）。 衍射峰5要素

衍射峰5要素 五个基本要素的物理学意义 ?衍射峰位置是衍射面网间距的反映（即Bragg定理）； ?最大衍射强度是物相自身衍射能力强弱的衡量指标及在混合物当中百分含量的函数（Moore and Reynolds,1989）； ?半高宽及形态是晶体大小与应变的函数（Stokes and Wilson,1944）； ?衍射峰的对称性是光源聚敛性（Alexander,1948）、样品吸收性（Robert and Johnson,1995）、仪器机械装置等因素及其他衍射峰或物相存在的函数（Moore and Reynolds,1989；Stern et al.,1991）。 5

jade分析物相与晶胞参数和晶粒尺寸计算过程

《无极材料测试技术》课程作业 对编号 01N2009534 的样品 XRD 测试数据进行物相分析，并计算其平 均晶粒尺寸大小与晶胞参数。 1. 物相分析过程 使用 MDI Jade5.0 软件对样品 XRD 测试数据进行分析，以定性分析样品的物相。 1.1. 数据的导入 将测试得到的 XRD 测试数据文件 01N2009534.txt 直接拖动到 Jade 软 件图标上，导入数据，得到样品 XRD 衍射图（图 1-1）。 图 1-1 数据导入 Jade5.0 后得到的 XRD 图 1.2. 初步物相检索 右键点击 键，弹出检索对话框，设定初步检索条件：选择所有类 型的数据库；检索主物相（ Major Phase ）；不使用限定化学元素检索（ Use Chemistry 前方框不打钩）（如图 1-2 所示）。点击“ OK ”开始检索，得到的检索结果见图 1-3。 从初步检索结果可以看出，最可能的物相有四个： 5 8 323（图 1-3 ）、 CaB 6 O 10 · 5H 2 O （ 图 1-4a ）、 CaB O (OH)B(OH) (H O) 2.62 Al 9.8 Si 26.2 O 72 H 4.56（图 1-4b ）和 C 20 20 16 8 4（图 1-4c ）。其中前 Ca H N O S Th 三个均为无机物，第四个为有机金属化合物。

从结果分析，由图 1-4b、c 中可以看出，这两种物相的标准衍射峰没有与样品衍射峰中的最强峰匹配，因此样品中不含有第三、四中物相或者其主晶相不是第三、四种物相。而从图 1-3 以及图 1-4a 中可以看出，两种 物相的衍射峰与样品的衍射峰几乎都能对上，并且强弱对应良好，因此样品中主晶相可能为 CaB5O8(OH)B(OH) 3(H 2O) 3或 CaB6 O10·5H2O 或者两者的混合物。 图 1-2 初步物相检索条件设定 图 1-3 经过初步检索得到的检索结果

SRe石英晶体振汤器介绍-Y100520

石英晶體振盪器介紹
Prepared by :Alan Yang
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Index
1)石英晶片(Quartz)振盪原理 2)Crystal & Oscillator 種類與構造 3)基本波與倍頻 (Fundamental & 3rd Overtone) 4)Crystal / Oscillator 種類與應用 5)Crystal & Oscillator 參數解析 6)振盪迴路搭配分析 7)Q & A
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1) 石英晶片(Quartz)振盪原理
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石英晶體
? 石英是由矽原子和氧原子組合而成的二氧化矽（Silicon Dioxide, SiO2）， 以六角柱形式的單結晶結構存在。(如附 圖) ? 由於石英本身具有壓電效應特性，石英晶體振盪器就是利 用此特性製成。 ? 運用壓電效應可使石英產生振盪，廣泛的運用在電腦、手 機等通訊產品及時鐘等等產品上。
Crystallized quartz material
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石英晶體的壓電特性
? 正壓電效應 ? 當機械應力加入於一壓電材料時，材料的兩端會伴隨著產生一個 與應力大小成比例的電荷(或電壓) ; 當應力方向相反時，電荷的極 性(亦即壓電的極性)也隨之逆反。
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石英晶體的壓電特性
? 逆壓電效應 ? 當一電位加在晶片表面時, 它就會產生變形或振動現象，掌握這 種振動現象，並控制其發生頻率的快慢，以及精確程度，就是水 晶震盪器的設計與應用原理。
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纳米晶体材料的研究进展

目录 一引言 (2) 二纳米晶体材料的种类及用途 (3) 2.1 纳米晶体材料的种类 (3) 2.2 纳米晶体材料的用途 (4) 三性质特点 (4) 3.1耐腐蚀性能 (5) 3.2 力学性能 (5) 3.3 延展性 (6) 3.4 光学性质 (6) 四纳米晶体材料的研究展望 (7) 4.1纳米晶体相与应变速率、晶粒尺寸相关的变形机理和本构方程 (7) 4.2晶界相与应变速率、晶粒尺寸相关的变形机理和本构方程 (7) 致谢 (8) 参考文献 (8)

纳米晶体材料的研究进展 摘要：纳米晶体材料具有优异的力学性能，近年来，不少国内外研究者对纳米晶体材料进行了深入的研究。本文主要是对纳米晶体材料的种类及用途、性质特点、纳米晶体材料的本构模型研究进展等进行研究，并进一步分析纳米晶体材料在标记生物材料、发光材料、国防的应用，以及制备方法进行探究，指出了纳米晶体材料的发展方向。 关键词：纳米晶体材料性质特点本构模型研究展望 Research Progress of Nanocrystalline Materials Wu Changxuan (China university of geosciences (Beijing) Materials Science and Engineering 10031011 class) Abstract：Nanocrystalline materials have excellent mechanical properties, in recent years, many researchers at home and abroad studied on nanocrystalline materials. This article is mainly to the category of nanocrystalline materials、property and characteristic、Nanocrystalline material constitutive model of research progress were studied and so on, and further analysis of nanocrystalline materials in marker of biological materials, luminescence materials, national defense applications, as well as preparation methods, points out the development direction of nanocrystalline materials. Key words：Nanocrystalline Materials properties Constitutive model Research prospects 一引言 纳米晶体材料是由纳米尺度的晶体组成的单相或多相多晶体材料，一般其晶体尺寸在100 nm以下。由于晶粒极细，大量的原子处于晶粒之间的界面上。这种独特的结构特征使得纳米晶体成为有别于普通多晶体和非晶态国体的一种新材料，使它们具有高强度、良好的塑性变形能力、高比热等优良的性能，特别是纳米晶体表现出的超塑性行为使得陶瓷材料增韧和改善金属材料的强韧综合性能提供了可能性，由此它被广泛用于医学、国防和现金纳米陶瓷等领域。所以，纳米晶体材料被誉为“21世纪的新材料”。 随着现代技术的高速发展，它的用途将会变得越来越广泛，也因此变成目前国内外研究新功能材料的热点。现今已有许多技术被用来制备纳米晶体材料，如X-射线衍射分析、扫描隧道电子显微镜（STM）、透射电子显微术（TEM）、场离子显微术、电子探针等技术。[3]

石英晶体基础知识

石英，学名二氧化硅。 是自然界分布最广的物质之一。它有五种变体（β石英、α石英、α磷石英、方石英、溶炼石英），其中只有β石英才具有压电效应，当施加压力在晶片表面时 , 它就会产生电气电位 , 相对的当一电位加在芯片表面时 , 它就会产生变形或振动现象 , 掌握这种振动现象 , 控制其发生频率的快慢 , 以及精确程度 , 就是水晶震荡器的设计与应用。 石英晶体的化学性质极为稳定，常温下不溶于盐酸、硝酸、硫酸等水和酸，只溶于氢氟酸。在加热时石英晶体能溶于碱溶液，这个特点成为人造水晶的基础。因此现在一般采用氟化氢氨对石英晶体进行腐蚀。 石英晶体的理想外型见图 1-1 ，从图中可以看出，石英晶体存在左旋与右旋之分，左、右旋晶体为镜像对称。石英晶体的理想外型总共有三十个晶面，共分五组，每组六个，即：六个 M 面（柱面），六个 R 面（大棱面），六个 r （小棱面），六个 S 面和六个 X 面，这些晶面间的夹角见表 1-1 。 实际上理想的外型是很难见到的，尤其是人工培育的水晶，由于籽晶的切割方位及外型不同使我们看到的形状与上图大不相同，甚至面目全非，各种结晶面不易辨认。 水晶常见的缺陷有：双晶、包裹体、裂隙、炸裂、贝裂等

如果把交变电压施加于石英晶片两个电极之间，当交变电压的频率与石英晶片固有振动频率一致时，通过逆压电效应，晶片便产生机械振动。同时又通过正压电效应而输出电信号。一般石英晶体谐振器的频率范围可以从数百赫兹到几百兆赫兹。 ?等效电路如图 1-2 ： ?工作原理：晶体振荡器电路有反馈型和负阻性两种，通常用反馈型振荡电路，其工作原理如图 1-3 ： ?主要技术要求主要内容包括：工作频率、输出电平和输出阻抗、频率准确度、频率稳定度、老化率、频率微调范围、压控特性、开机特性、功率消耗。 1 ）谐振特性 通过晶片的电流 I 随外加讯号频率 f 而改变，当 F=fm 时，电流有最大值 Im ，这时谐振器阻抗最小。当 f=fa 时，电流最小值为 In ，这时谐振器阻抗最大。当谐振器机械损耗很小时， fm 、 fa 与谐振 fr 及反谐振频率 fa 近似相等。 一般石英谐振器 fm 和 fa 可近似地看做谐振频率和反谐振频率。 在谐振频率附近，石英晶体谐振器和由 LC 组成的串联电路的谐振特性是完全相同的。 图 1-4 石英谐振器的谐振特性 2 ）频率温度特性 石英晶体谐振器和频率随温度变化的关系称做频率温度特性。 图 1-5 是厚度曲变 AT 型切割频率温度特性曲线 , 从其切割角度之参数曲线图可看出 , AT 切割频率温度特性曲线 , 类似于一元三次方程式的曲线 , 显示在特定的温度范围内 , 有很好的频率稳定特性 . 是目前水晶振荡器最常使用的切割型式

氟化锂晶体的研究进展_范志达

第29卷第4期 硅　酸　盐　通　报 V o l .29　N o .4　2010年8月 B U L L E T I N O F T H E C H I N E S E C E R A M I C S O C I E T Y A u g u s t ,2010　氟化锂晶体的研究进展 范志达1,王强涛1,2,尹利君1,陈　刚1,刘景和2,李　春2,何庭秋1 (1.烁光特晶科技有限公司,北京100018;2.长春理工大学材料科学与工程学院,长春　130022) 摘要:随着真空紫外光学技术的发展,在深紫外波段透过率最高、截止波段最短的氟化锂晶体重新引起人们的关 注。本文结合L i F 晶体本身的物理化学性质,综述了氟化锂原料制备工艺、晶体生长方法的研究进展及存在的问 题。以提高氟化锂光学元件质量为出发点,总结了原料纯化、晶体生长、加工工艺对光学元件质量的影响和有效的 解决措施。 关键词:氟化锂晶体;光学元件;晶体生长 中图分类号:O 78 文献标识码:A 文章编号:1001-1625(2010)04-0893-05 R e s e a r c hP r o g r e s s o f L i FC r y s t a l F A NZ h i -d a 1,W A N GQ i a n g -t a o 1,2,Y I NL i -j u n 1 , C H E NG a n g 1,L I UJ i n g -h e 2,L I C h u n 2,H ET i n g -q i u 1(1.B r i g h t C r y s t a l s C o .,L t d .,B e i j i n g 100018,C h i n a ;2.S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g , C h a n g c h u n U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y ,C h a n g c h u n 130022,C h i n a ) 作者简介:范志达(1971-),高工.主要从事人工晶体的研究.E -m a i l :f a n z h i d a @s i n a .c o m A b s t r a c t :W i t h t h e d e v e l o p m e n t o f v a c u u mu l t r a v i o l e t o p t i c a l t e c h n o l o g y ,L i t h i u mf l u o r i d e (L i F )c r y s t a l w i t h t h e h i g h e s t t r a n s m i t t a n c e a n d s h o r t e s t c u t -o f f b a n da t D U Vw a v e l e n g t h s c a t c h e dp e o p l e 's a t t e n t i o n a g a i n .C o m b i n e dw i t ht h e p h y s i c a l a n dc h e m i c a l p r o p e r t i e s o f c r y s t a l i t s e l f ,t h e p r o g r e s s a n de x i s t i n g p r o b l e m s o f r a wm a t e r i a l p r e p a r a t i o n ,c r y s t a l g r o w t h t e c h n o l o g y w e r e s u m m a r i z e d .I n o r d e r t o e n h a n c e t h e q u a l i t y o f L i Fo p t i c a l e l e m e n t s ,w e d i s c u s s e d t h e i n f l u e n c e o f f e e d s t o c k s p u r i f i c a t i o n ,c r y s t a l g r o w t h a n d p r o c e s s t e c h n i c s ,a n d p o i n t e d o u t s o m e e f f e c t i v e w a y s t o i m p r o v e i t . K e y w o r d s :l i t h i u m f l u o r i d e c r y s t a l ;o p t i c a l e l e m e n t ;c r y s t a l g r o w t h 1　引　言 L i F 晶体是一种优良的光学晶体材料,具有较宽的透射波段(110～6,600n m )和较高的透过率,特别需要指出的是L i F 晶体在真空紫外波段的透过率是已知材料中最高的[1],因而被用作紫外波段的窗口材料。在红外波段L i F 晶体的折射率最小,因而常被用作红外激光、红外夜视仪的窗口材料。通过L i F 晶体着色可获得色心比较稳定、均匀的L i F 色心激光晶体,其具有很好的光谱特性,是最有前途的飞秒脉冲激光器和近红外可调谐激光器[2-4]。L i F 晶体还是电子探针、荧光分析仪和大型光学仪器中不可缺少的分光晶体元件。 真空紫外(V a c u u mU l t r a v i o l e t ,简称V U V )是指电磁波谱区在10～200n m 的紫外波段,源于空气对该波段有强烈的吸收作用而只能在真空条件下使用。在激光和光刻技术中,深紫外(D e e p U l t r a v i o l e t ,简称D U V )指紫外线中低于300n m 的波段[5,6]。 随着人们对真空紫外波段理论和应用研究的日益深入,科学实验和工业发展对深紫外激光器、真空紫外