【摘要】：工業(yè)結(jié)晶過程的動力學(xué)特性直接決定著產(chǎn)品的尺寸、形狀、粒度分布以及流動性等特征;更由此間接影響過濾、干燥和儲存等結(jié)晶過程的后續(xù)化工單元操作。晶體生長動力學(xué)的研究對結(jié)晶過程的生產(chǎn)指導(dǎo)意義不言而喻,然而相關(guān)的理論研究并不完善。本文選取目標化合物戊炔草胺,以特征晶面{100}與{10(?)}為例,對比研究不同晶面在晶體生長中體擴散過程與表面集成過程。揭示了戊炔草胺{100}晶面的“2D成核生長”機制與{10(?)}晶面的“法向生長”機制,并通過大量實驗綜合研究各因素的作用規(guī)律獲得相關(guān)動力學(xué)函數(shù)。主要研究內(nèi)容如下:從晶體結(jié)構(gòu)出發(fā),借助于Materials Studio(MS)軟件通過理論計算模擬晶體由自身結(jié)構(gòu)特征所決定的生長習(xí)性,首次采用單分子溶質(zhì)生長方式從能量角度探究不同晶面的生長規(guī)律。理論上預(yù)測出戊炔草胺相對光滑的{100}晶面遵循“2D成核生長”機制”,而粗糙的{10(?)}晶面趨向于“法向生長”機制。以晶面微觀表征的方式研究晶體生長中的表面集成過程,實驗判定戊炔草胺晶體在丙酮溶劑中的生長{100}晶面為“2D成核生長”機制,{10(?)}為“法向生長”機制,驗證了理論預(yù)測的正確性。并進一步通過實驗考察溶劑、飽和度與雜質(zhì)對表面集成過程的影響。結(jié)果表明:溶劑與晶面的強相互作用力,促使溶劑分子與晶面結(jié)合牢固,而溶質(zhì)分子在該晶面生長困難。實驗中由于丙酮對{100}晶面的作用能明顯高于甲醇,戊炔草胺{100}晶面的“2D成核生長”機制由丙酮中的“單核生長”轉(zhuǎn)變?yōu)榧状贾械摹岸嗪松L”機制。以分子模擬的手段研究晶體生長的體擴散過程。動力學(xué)模擬獲得不同晶面溶劑層的排布,進而研究溶質(zhì)從溶液主體透過溶劑層到達晶體表面的擴散過程,并考察了不同溶劑、溫度、濃度與雜質(zhì)對溶質(zhì)擴散系數(shù)的影響。結(jié)果表明:在同一晶面{100}上,丙酮的徑向函數(shù)分布密度大于甲醇,對溶質(zhì)分子的擴散阻力大,降低其擴散系數(shù);不同晶面{100}與{10(?)}對比發(fā)現(xiàn),{10(?)}晶面上的丙酮溶劑層密度明顯大于{100},致使溶劑分子在靠近{10(?)}晶面擴散速率大幅度降低。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O78
【圖文】：

自由能隨晶核半徑的變化關(guān)系如圖1-1 所示。 c為臨界晶核半徑，當(dāng)體系中形成晶核尺寸大于臨界晶核時，隨著晶核半徑的增大自由能逐漸減小，有利于晶體的生長。反之，晶核形成后會逐漸消失。

晶面上二維晶核的形成

定于位錯露頭點，見圖（a）；臺階運動后，在露頭點附近臺階必然彎曲，見圖（b）；由于臺階不同部分運動的線速度相同，而其角速度隨著離開露頭點距離的增加而減小。所以當(dāng)臺階的各部分繞露頭點旋轉(zhuǎn)的角速度不等時，其形狀將一直發(fā)生變化，見圖（b），（c），（d），隨著臺階運動的軌跡，就形成了螺旋線花紋，見圖（d）。

【參考文獻】

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1 馮璐璐;曹端林;王建龍;陳麗珍;陳芳;張楠;柳沛宏;;1-甲基-2,4,5-三硝基咪唑的晶體形貌預(yù)測[J];含能材料;2015年05期

2 王玉宏;程e

本文編號：2801450