依据材料科学发展前沿,设计"研究型晶体生长实验设计与实践"的材料制备及生长机理分析实验。实验设计包括实验过程、结构表征及结果分析分析3部分。在此实验基础上,可以对实验内容进行拓展,以满足学生培养中不同层次的需求。教学实践证明,综合型研究型晶体生长实验有助于学生熟悉晶体生长的基本理论和掌握基本的实验技能,了解学科发展最新动态,从而提升学生的科研能力和综合素质。 实验实验装置采用双温区管式炉，示意图见图１。取０．５ｇ的高纯Ｉｎ粒（粒径约０．５ｍｍ）放入高温预处理的陶瓷舟中，陶瓷舟置于高温加热区Ｉ，已清洗的１０ｍｍ×１０ｍｍ的Ｓｉ片放在低温沉积区ＩＩ。加热前管式炉内通的高纯氮气３０ｍｉｎ，以排除炉管内的空气；保持载气不变，实验Ｉ中将加热区Ｉ和加热区ＩＩ的温度以５０°／ｍｉｎ的速率分别升到１２００℃和１０００℃；在后续对比实验Ｖ中保持加热区Ｉ的温度不变，将加热区ＩＩ的温度设定为８５０℃、７００℃和５５０℃；当加热区Ｉ和ＩＩ的温度达到设定温度后，将载气通过三通阀改的高纯氮气和氧气的混合气体，氧气与氮气的体积比为１∶９９；反应６０ｍｉｎ后自然冷却至室温。实验结束后，在衬底Ｓｉ片上附着有黄色的沉积物。图１双温区管式炉进行化学气象沉积实验装置示意图样品的结构和形貌分别采用Ｘ射线衍射光谱（、场发射扫描电子显微镜（）和高分辨透射电子显微镜（ＨＲＴＥＭ，ＪＥ进行表征。３结果与讨本文由全自动缩管机张家港缩管机网站 转载中国知网整理! http://www.suoguanji.name     论３．１结构表征４个实验得到了相似的ＸＲＤ谱图，图２给出了实验Ｉ样品的ＸＲＤ谱图，其衍射峰和Ｉｎ２Ｏ３的立方相的图谱相吻合。ＳＥＭ形貌表征（见图３）表明，研究型实验设计与实践-数控滚圆机缩管机电动张家港缩管机数控滚圆机滚弧机实验Ｉ中获得小的平均扩散自由程，反应物分子在生长晶体各个晶面沉积后由于其扩散平均自由程较小，将具有更大的概率沉积到各个晶面，因此各个晶面将倾向于各向同性生长。Ｉｎ２Ｏ３稳定存在的低指数晶面有（，其表面能!的大小顺序为在低饱和度下，高能面（１１０）和（１００）将快速生长而逐渐减小，而低能面（１１１）将成为主要的暴露面；在高过饱和度下，晶体倾向于各向同性生长，由于（１１０）晶面表面能最高，极容易生长消失，导致表面能较高的（１００）晶面将成为主要的暴露面。首先分析了实验中反应物分子的过饱和度。在实验中，原料处于高温加热区，通过挥发产生高的饱和蒸气压Ｐ１。反应物蒸气随着载气到达低温衬底区（该温度下饱和蒸气压为Ｐ２）。由于饱和蒸气压随着温度升高而变大，因此反应物分子被输运到衬底区后将达到过饱和。过饱和度可表示为σ＝Ｐ１／Ｐ２。在相同条件下，当原料加热区和衬底生长区的温差越大，相应产生的过饱和度σ就越大［１３］。因此，根据实验设定的原料加热温度和衬底生长温度，在设计的４个实验Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶ中，其温差逐渐增大，对应反应物过饱和度σ的大小顺序：σＩ＜σＩＩ＜σＩＩＩ＜σＩＶ。依据上面提出的过饱和度控制下的晶体生长原理，从实验Ｉ到实验ＩＶ，其反应物过饱和度逐渐增加，生长后晶体的暴露晶面中高能面的比例应该逐渐提高。这一分析?研究型实验设计与实践-数控滚圆机缩管机电动张家港缩管机数控滚圆机滚弧机本文由全自动缩管机张家港缩管机网站 转载中国知网整理! http://www.suoguanji.name