1、當今時代,對微觀領(lǐng)域的認識變得越來越迫切和重要,而科技的發(fā)展與進步,則使這種需求的實現(xiàn)成為可能,原子力顯微鏡(atomic force microscope, AFM)正是這樣一種使人們得以在微觀領(lǐng)域縱橫馳騁的有力工具。對于晶體生長領(lǐng)域而言,原子力顯微鏡的出現(xiàn),雖極大地促進了其微觀生長機理的研究,但晶體生長過程的復(fù)雜性,使得這方面的工作還任重而道遠,尤其是在無機小分子晶體的微觀生長機理研究方面。作為應(yīng)用廣泛,生長容易的ADP晶體,歷來被

2、選作晶體生長理論研究的重要材料。近年來隨著對其特性的深入了解,新用途的開發(fā),ADP晶體在人類生活中也扮演著越來越重要的作用。但在ADP晶體微觀生長機理的研究方面,相關(guān)的微觀實驗數(shù)據(jù)還較為缺乏,這正逐漸制約著該晶體的制備與應(yīng)用。本文工作即是運用原子力顯微鏡,從熱動力學(xué)的角度對ADP晶體的微觀生長過程進行實時和非實時的研究。其主要內(nèi)容為:①運用原子力顯微術(shù)觀測相變驅(qū)動力為0.005 kT/ωs0.11 kT/ωs下ADP晶體相變界面的微觀形

3、貌。實驗數(shù)據(jù)表明,在相變驅(qū)動力為0.01 kT/ωs0.04 kT/ωs時,ADP晶體(100)面的平均面粗糙度和均方面粗糙度均不到0.3nm,遠小于該晶面間距0.75nm,微觀結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為光滑界面,與杰克遜模型、特姆金模型及卡恩模型相符,觀測到螺位錯生長;在相變驅(qū)動力為0.053 kT/ωs0.11 kT/ωs時,ADP晶體的(100)面的平均面粗糙度和均方面粗糙度,介于1.8nm4.2nm之間,大于該晶面間距0.75nm,微觀結(jié)構(gòu)粗糙

4、度增加,趨向于粗糙界面,可用特姆金的彌散界面模型解釋,界面上觀測到多二維核生長。②運用原子力顯微術(shù)AFM(atomic force microscopy,AFM)觀察了ADP晶體生長時相界面上動態(tài)微觀形貌的變化并測算了臺階傳播速率。實驗結(jié)果表明,在相變驅(qū)動力介于0.005 kT/ωs0.05 kT/ωs,生長溫度介于2040℃之間時,相變界面表現(xiàn)出臺階面的基本特征;相變界面上臺階推移的動力學(xué)系數(shù)體現(xiàn)出溶質(zhì)輸運趨向于體擴散控制;微晶融合的

5、過程說明ADP晶體生長中,微晶融入與大分子晶體的同類過程有顯著不同,不會形成晶體缺陷。③詳細研究了在較小的相變驅(qū)動力下(0.005 kT/ωs0.04 kT/ωs)ADP晶體生長的納米級微觀形貌。過飽和度σ處于0.0050.04,生長溫度介于2040℃之間時,晶面上觀察到位錯生長丘和其它晶體缺陷所形成的生長丘,晶面主要為臺階推進方式生長;位錯生長丘上空洞的出現(xiàn)與位錯彈性理論相符;臺階露臺上的空洞可能造成臺階聚并;隨過飽和度σ降低,臺階形

6、貌會發(fā)生相應(yīng)的變化;生長溫度為25℃時,臺階棱邊能不小于6.2×10-3J/m2。④開展了點狀籽晶的晶體生長實驗。相變驅(qū)動力f介于0.005 kT/ωs0.03 kT/ωs之間時,ADP晶體點狀籽晶生長中,(100)晶面的生長速率隨過飽和度的增加而線性增加;在相變驅(qū)動力一定時,晶面生長速率隨溫度的升高而呈指數(shù)增加;晶面的生長動力學(xué)規(guī)律與體擴散輸運機制下的螺位錯生長機制相符;晶體生長存在著熱力學(xué)因素造成的死區(qū)。相變驅(qū)動力f介于0.05 k