KDP晶體薄表面層形成和生長特性實驗研究.pdf

1、晶體薄表面層生長現(xiàn)象是一種奇特的晶體生長現(xiàn)象，其有別于奇異面層狀生長。眾所周知，奇異面層狀生長依靠臺階推移的方式吸附溶質分子。但薄表面層生長好比臺階懸空推移，其完全不依附于原有晶面，相比層狀生長明顯增加晶體的界面能，這是其令人驚訝之處。理論上該成核機制所需要的驅動力明顯高于臺階推移所需要的驅動力，但國外學者在實驗中發(fā)現(xiàn)兩者在相同過飽和度條件下生長速度并無明顯差異，這無疑使得薄表面層生長機制更加不可思議。除 KDP（磷酸二氫鉀晶體，KH2

2、PO4）晶體外，ADP、尿素等晶體也存在薄表面層生長現(xiàn)象，可見薄表面層生長現(xiàn)象是一種普遍存在的晶體生長現(xiàn)象。但該現(xiàn)象的內在機制目前尚不明確，因此研究薄表面層生長機制具有重要的學術意義。KDP晶體作為典型的非線性光學材料，可實現(xiàn)激光二倍頻和三倍頻，是目前唯一可應用于激光核聚變點火實驗的非線性光學材料。上世紀80年代興起的KDP晶體點籽晶快速生長技術在原有的基礎上將生長速度提高了一個數(shù)量級，其生長機制不同于傳統(tǒng)的Z切片生長方法機制。根據(jù)晶體

3、質量的檢測結果發(fā)現(xiàn)，提高生長速度并不一定會導致晶體的光學質量下降，這使得該技術具有廣闊的前景，但發(fā)展該技術的瓶頸在于如何控制高過飽和度條件下液體包裹物的產(chǎn)生。隨著對KDP晶體快速生長技術的不斷摸索，越來越多的學者認為液體包裹物的產(chǎn)生更有可能與薄表面層生長現(xiàn)象相關。若要控制液體包裹物的產(chǎn)生，必須要抑制晶體表面產(chǎn)生薄表面層，因此研究薄表面層生長機制在工程領域有重要的意義。
　　本研究主要內容包括：①使用蒸發(fā)法生長KDP晶體籽晶，從中挑

4、選形狀規(guī)則、無可視缺陷者備用。用所獲得的高質量籽晶，采用轉晶法生長KDP晶體，并嘗試在不同轉速、不同溫度、不同過飽和度條件下生長KDP晶體。發(fā)現(xiàn)晶體的質量并不一定會隨生長速度的提高而降低，晶體合理的運動方式不僅可促進溶質輸運而提高晶體生長速度，同時也可改善溶質濃度的均勻性而提高晶體質量。②開展存在非顯露面的KDP晶體薄表面層生長實驗，以研究薄表面層生長特點。發(fā)現(xiàn)平行連生的KDP晶體多晶系統(tǒng)若出現(xiàn)顯露面共面的情況，共面的兩個顯露面會合并為

5、一個整體并產(chǎn)生薄表面層進而使多晶系統(tǒng)恢復為單晶體。偏離正常結晶學取向的棱邊必然會引發(fā)薄表面層，可根據(jù)晶體平衡形態(tài)理論提出一種簡單有效的作圖法以預測其薄表面層生長結果。③開展由KDP晶體{100}、{101}兩類顯露面圍成的凹多面體薄表面層生長實驗，以研究KDP晶體的“自我修復”機制?？偨Y實驗規(guī)律，提出一種全新的“最小凸多面體”方法，以預判薄表面層是否能夠生長以及理想的生長結果，其在“棱邊生長機制”的基礎上前進了一小步。④根據(jù)實驗驗證棱邊