信息光電

1、一、簡述不同體系的相變驅(qū)動力一、簡述不同體系的相變驅(qū)動力答：在汽相生長系統(tǒng)中的過飽合蒸汽、熔體生長系統(tǒng)中的過冷熔體以及溶液生長系統(tǒng)中的過飽合溶液都是亞穩(wěn)相，而這些系統(tǒng)中的晶體是穩(wěn)定相。亞穩(wěn)相的吉布斯自由能較穩(wěn)定相高，是亞穩(wěn)相能夠轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定相的原因，也就是促使這種轉(zhuǎn)變的相變驅(qū)動力存在的原因。晶體生長過程實際上是晶體－流體界面向流體中的推移過程。如果晶體－流體的界面面積為Ａ，垂直于界面的位移為這個過程中系統(tǒng)的吉布斯自由能的降低為，界面x?G

2、?上單位面積的驅(qū)動力為，于是上述過程中驅(qū)動力所作之功為。驅(qū)動力所作之功fxAf???等于系統(tǒng)的吉布斯自由能的降低，即，故有其中，GxfA????vGf????xAv????是上述過程中生長的晶體體積。生長驅(qū)動力在數(shù)值上等于生長單位體積的晶體所引起的系統(tǒng)的吉布斯自由能的降低。負號表示界面向流體中位移引起系統(tǒng)自由能降低。若單個原子由亞穩(wěn)流體轉(zhuǎn)變?yōu)榫w所引起吉布斯自由能的降低為，單個原子的體g?積為，單位體積中的原子數(shù)為，故有：，，所以?Ng

3、NG???????Nv。若流體為亞穩(wěn)相，則表明指向流體，故為生長驅(qū)動力。??gf??0?g?0?fff若晶體為亞穩(wěn)相，則，指向晶體，故為熔化升華或溶解驅(qū)動力。由于0?g?0?ff和只相差一個常數(shù)，因而也稱為相變驅(qū)動力。g?fg?熔體生長系統(tǒng)熔體生長系統(tǒng)：結(jié)晶物質(zhì)在熔點溫度時，熔體與晶體兩相呈熱力學平衡狀態(tài)，吉布斯自由能相mTG等：，兩相間無相變驅(qū)動力。根據(jù)吉布斯自由能的定義：)()(mcmmTGTG?。可得：，（為相變潛熱）TSHG??

4、0???STHGmm???mmLSTH?????mL在熔體發(fā)生向晶體的相轉(zhuǎn)變過程中，熔體必須具有一定的過冷度，為TTTm???T熔體的實際溫度，這時熔體處于亞穩(wěn)狀態(tài)，兩相自由能不等，存在相變驅(qū)動力。mmmmmmcLTTSTSTSTHSTTHTGTGG??????????????????????)()()(所以有：過冷度時，，熔體發(fā)生到晶體的相變。0?T?000?????fgG??稀溶液生長系統(tǒng)：稀溶液生長系統(tǒng)：在溶液和晶體兩相平衡體系中

5、，溶液的飽和濃度為。在同溫等壓條件下，當溶液的0x濃度時，則為過飽和溶液的濃度，此時溶液處于亞穩(wěn)態(tài)。當晶體處于亞穩(wěn)態(tài)的ssxx0?sx溶液中時，晶體就長生。平衡時，sxRTTGTG00ln)()(??體縮小則ΔG減小，故亞穩(wěn)流體相中半徑小于r的晶體不僅不能存在，而且如果存在了也將自動消失。當rr時，隨著晶體長大，ΔG減小，故半徑大于r的晶體都能自發(fā)地長大。三、簡述非均勻成核的機制及其影響因素。三、簡述非均勻成核的機制及其影響因素。在外來

6、固體表面上成核是非均勻成核。在基底表面上成核幾率比在體系中的自由空間的成核幾率來的大，基底表面對成核起到了催化作用。在基底表面上成核，常把基底作為一平面，并將晶核形狀作為球冠狀，它的表面與基底表面形成浸潤角θ，如圖為晶核與流體介質(zhì)相間的比表面能，為基底與流體介質(zhì)相間的比表面能，為mn?ms?sn?晶核與基底間的比表面能，r為球冠狀晶核的曲率半徑。由圖可知，球冠狀晶核的界面能必須滿足力學平衡的條件，即：snsmmn??????cosmns

7、nsm??????cos當球冠狀晶核在基底上形成后，體系的吉布斯自由能的變化為，此即為球冠狀晶核的形成功。4)cos1)(cos2](434[)(223????????????mnvrgrrG將此式對r求微商，并令0)(???rrG則可求得球冠狀晶核的臨界曲率半徑vmncgr???2??把臨界曲率半徑帶入到吉布斯自由能表達式中可求得形成臨界晶核所需要的形成功)(3164coscos323164)cos1)(cos2(316)(23232

8、322232??????????????????fgggrGvmnvmnvmncc??????????在相同相變驅(qū)動力的條件下，對于在自由空間所產(chǎn)生的球狀晶核和在外來基底平面上所產(chǎn)生的晶核相比，兩者的臨界晶核半徑的大小應該是一樣的。當球狀晶核形成時，該體系cr中的吉布斯自由能的變化，亦即臨界晶核的形成功為232316vmncgG??????因此可以得到)()(???fGrGccc?當，cosθ＝－1時，，流體介質(zhì)與基底介質(zhì)是完全不浸潤的