晶須生長機制一直備受關(guān)注,然而"晶須到底是怎樣生長為條狀的?"這一科學(xué)問題始終未能得到解決。傳統(tǒng)晶須生長機制不適用于液相體系晶須生長。本文試圖提出液相體系晶須生長機制應(yīng)為拓展的ACP（Anion Coordination Polyhedron）機制。因為傳統(tǒng)的晶須生長機制未能解釋液相體系晶須的生長形態(tài),也未能解釋晶須的多樣性以及指導(dǎo)人工可控晶須生長。拓展的ACP生長機制克服了這些問題,并有效地指導(dǎo)人工晶須生長。 

【文章來源】：人工晶體學(xué)報. 2020,49(02)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

一種鎂石晶須的SEM照片

第一,在液相晶須生長體系中,起主要聯(lián)結(jié)作用的生長基元必須具備“一維方向聯(lián)結(jié)優(yōu)勢” 的空間結(jié)構(gòu)特征。也就是基元在三維空間聯(lián)結(jié)時有一個方向的聯(lián)結(jié)特別有優(yōu)勢,這是晶體生長為晶須的必要條件。并且,這些基元結(jié)構(gòu)必須比較匹配。這里的匹配是指多面體構(gòu)型一致(比如都是四面體等),基元之間的鍵長、鍵角相等或接近。具有“一維方向聯(lián)結(jié)優(yōu)勢” 空間結(jié)構(gòu)特征不僅是晶體往一維方向生長以形成晶須的必要條件,同時也是基元往一維方向聯(lián)結(jié)生長的驅(qū)動力所在。目前發(fā)現(xiàn)四面體結(jié)構(gòu)的基元具備“一維方向聯(lián)結(jié)優(yōu)勢”。例如,[Mg-(OH)4]2-、[Mg-Cl4]2-、[Zn-(OH)4]2-等。低濃度的堿或近中性體系下易形成四面體[M-(OH)4]x-(M表示金屬離子)生長基元。因此,在設(shè)計制備晶須實驗時,應(yīng)盡量在弱堿或近中性的介質(zhì)下進行。否則在高濃度堿下因易形成其他多面體基元而難以生長為晶須。如果生長基元不具備這種“一維方向聯(lián)結(jié)優(yōu)勢” 的空間結(jié)構(gòu)特征,則很難生長為晶須,而只能生長為片狀或其他形狀的晶體。至于為什么四面體基元具有“一維方向聯(lián)結(jié)優(yōu)勢”,下面通過[Mg-(OH)4]2-相互間的聯(lián)結(jié)予以說明。圖2示出了一維方向聯(lián)結(jié)優(yōu)勢的過程。圖2(a)用簡單線圖示出了單個[Mg-(OH)4]2-基元的結(jié)構(gòu)。在2(a)中,鎂離子位于4條線交點(即中心),4個羥基位于線段末端。2(b)示出了兩個四面體[Mg-(OH)4]2-基元聯(lián)結(jié)后的形態(tài),兩個基元是通過羥基脫水后聯(lián)結(jié),聯(lián)結(jié)處只留下一個氧(這個氧也可以再俘獲一個氫離子組成一個虛擬的羥基)。2(c)示出了在2(b)的兩端再分別與1個基元相聯(lián)結(jié)的形態(tài),并標(biāo)記左端聯(lián)結(jié)點的氧為O1,右端聯(lián)結(jié)點的氧為O2,目的是為了方便討論。同樣,2(d)再示出了在2(c)的兩端再分別與1個基元相聯(lián)結(jié)的形態(tài)。觀察從2(b)到2(d),很容易發(fā)現(xiàn)基元沿著直線O1O2的聯(lián)結(jié)是最具優(yōu)勢的,因為這樣的聯(lián)結(jié)最匹配、最易實現(xiàn),其他方向均不具優(yōu)勢,這樣的聯(lián)結(jié)也就實現(xiàn)了一維方向匹配聯(lián)結(jié)�，F(xiàn)再從圖2去說明“最匹配、最易實現(xiàn)”,從圖2(b)開始,如果有兩個基元相碰撞,顯然每個基元各提供3個羥基進行聯(lián)結(jié),這樣的聯(lián)結(jié)當(dāng)然是最牢固的,且還未產(chǎn)生聯(lián)結(jié)的羥基處于同一直線上,所以可以說,一開始兩個基元聯(lián)結(jié)時就奠定了晶體直線生長的基礎(chǔ)。處于同一直線上的羥基還處于游離態(tài),將繼續(xù)和其他基元的羥基相聯(lián)結(jié),一旦聯(lián)結(jié),即得圖2(c)。2(c)的兩端再接納基元的聯(lián)結(jié),便可得到2(d),如此聯(lián)結(jié)后,最終便成為直線狀的晶須。聯(lián)結(jié)的每一步都可看出,除了直線O1O2方向,其他的方向都是不適宜、不匹配的。例如假設(shè)從2(c)開始,某個基元欲參與聯(lián)結(jié)時,它只能匹配地從2(c)的兩端進行,也就是自身提供3個羥基,與2(c)的任何一端通過羥基脫水相連,這樣的聯(lián)結(jié)最牢固,其他任何地方都不宜聯(lián)結(jié)。當(dāng)然直線聯(lián)結(jié)不可能無窮盡,一是因為體系有對流存在,直線增長后杠桿力矩增大,總有一刻末端由于力矩較大而達(dá)到聯(lián)結(jié)與解離平衡。

【參考文獻】：
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博士論文
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本文編號：3012721