浅析磁场在晶体生长中的应用研究进展

定向生长晶体的设计及其应用定向生长晶体是一种特殊的晶体生长技术，通过在晶体生长过程中施加磁场、电场或热梯度等外界场的作用下，使晶体沿着特定方向快速生长并形成高质量的单晶体材料。

这种方法在物理、化学、生物和材料科学等领域具有广泛的应用价值。

本文将重点介绍定向生长晶体的设计及其在实际应用中的应用。

1. 定向生长晶体设计的基本原理定向生长晶体是通过外加场的作用下，使结晶物质沿着特定的方向生长，从而形成高质量、纯度高、缺陷较小的单晶体材料。

这种技术的基本原理在于通过外场作用下改变晶体中存在的生长条件，例如温度、凝固速度、种子取向等，从而控制晶体的生长方向。

在定向生长晶体中，光、磁、电和热四种外场均可用于控制晶体生长的方向。

其中，电场定向生长和磁场定向生长是两种运用最广泛的技术。

2. 电场定向生长晶体的设计及应用电场定向生长晶体是利用电场的作用来控制晶体沿着特定方向生长的技术。

这种技术已经被广泛应用于集成电路、激光器、光电探测器和电池器件等领域。

设计电场定向生长晶体的关键是通过适当的电极结构和场强调制来控制晶体生长方向。

最常见的电极结构包括板电极、斜板电极和球形电极等。

根据晶体生长过程中的电流、电压和温度演化规律，可以合理设计电极结构以保证晶体生长的稳定性和可控性。

举个例子，通过电场定向生长晶体技术，我们可制备出高质量的氧化铟钇（InYO）晶体，该晶体材料广泛应用于集成电路、光电子器件和激光器件中。

该材料的电学、光学性质均得到了高度的控制，具有很高的性能和应用价值。

3. 磁场定向生长晶体的设计及应用磁场定向生长晶体是利用磁场的作用来控制晶体沿着特定方向生长的技术。

这种技术已经广泛应用于硅晶片、锗晶片、氧化铝晶体和氧化锆晶体等材料的制备中。

设计磁场定向生长晶体的关键是通过适当的磁场结构和场强调制来控制晶体生长方向。

最常见的磁场结构包括竖直磁场和水平磁场等。

根据晶体生长过程中的磁力和热量演化规律，可以合理设计磁场结构以保证晶体生长的稳定性和可控性。

磁性材料的研究进展与应用现代科技离不开材料科学的发展，而磁性材料便是其中的一个重要分支。

磁性材料在生产生活以及军事国防等各个领域都有广泛的应用，其重要性不言而喻。

近年来，磁性材料的研究也在不断深入，这篇文章就来谈一谈磁性材料的研究进展与应用。

一、人造磁体的磁场稳定性研究人造磁体的磁场稳定性是判断其使用寿命的关键指标之一。

磁场稳定性并不能通过一两次测量就确定，而是需要长时间的跟踪观测。

为了提高人造磁体的磁场稳定性，研究人员从各个方面入手，如材料制备、工艺改进、设计优化等。

在新材料的研究方面，研究人员发现具有高磁各向异性和高饱和磁感应强度的纳米晶粒磁体具有较好的稳定性。

同时，改进制备工艺也能提高磁体的稳定性。

比如改进成分比例、优化离子注入能量等。

在磁体设计方面，改变线圈组合方式、优化感应体积等也能提高磁场的稳定性。

深入研究人造磁体磁场稳定性的同时，也需要充分考虑其实际使用环境。

比如在核聚变反应堆等高辐射环境下的稳定性问题。

只有在真正的实际环境中进行测试，才能更准确地评估其稳定性表现。

二、磁制冷技术的应用磁制冷技术是一种新兴的制冷技术，与传统气体制冷、压缩机制冷等技术相比，磁制冷技术具有更高的制冷效率、更低的工作噪声、更小的体积等优势。

利用磁制冷技术可以制造出更节能、更环保、更健康的制冷设备。

磁制冷技术的核心就是磁性材料的磁焓变化，当一个磁体受到外界磁场的作用时，会发生一定的磁焓变化，这种磁焓变化会转化为温度变化，从而实现对制冷介质的冷却效果。

通过对磁性材料的磁焓变化机制的深入研究，科研人员逐渐掌握了其制冷原理。

目前，磁制冷技术已经在各个领域得到了广泛应用。

比如在电子设备、汽车空调、医疗领域等。

三、高磁场环境下的研究高磁场环境下的磁性材料研究一直是磁性材料领域的热点之一。

在高磁场环境下，磁性材料的磁化状态会发生变化，其性能表现也会发生变化。

因此，研究高磁场下的磁性材料，不仅对于制造高磁能器件、储能器等有着重要意义，还能推动整个磁性材料领域的发展。

三维磁性光子晶体的研究进展探讨磁性光子晶体指的就是将磁性引入到光子晶体之中。

光子晶体是一种人工的微结构，是由介电材料周期性排列形成的。

在周期性介电结构中，光进行传播的时候和电子在其中传播的时候比较相似。

介电常数增大到与光波长相等的时候，介质的布拉格散射就会出现一些带隙，俗称光子带隙。

光子在这种带隙的区域内的传播是被严格的控制的，在宏观的角度上出现反射率比较大而透射率比较小的情况。

磁性光子晶体就是在晶体的基础上具有磁性，能够衍生出更多的性质，衍生的新性质在多个领域中具有很大的应用价值，比如环形器、光信息存储、隔离器等。

1. 三维磁性光子晶体结构磁性光子晶体根据结构的不同大致可以分为三种，分别为一维磁性光子晶体、二维磁性光子晶体和三维磁性光子晶体。

三维磁性光子晶体的结构更加的复杂，制造工艺和流程的要求比较严格，目前的三维磁性光子晶体结构主要有四种：分别为蛋白石结构、反蛋白石结构、磁性核壳结构、仿生结构等。

1.1蛋白石结构蛋白石结构的组成一般为亚微米或者微米，组成排列的形状是六角最密堆积自组装而成。

微球材质中一般都含有二氧化硅、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等物质，其中微球的制备方法因为材质的不同而有所差别，二氧化硅微球的制作方法一般是通过Stber法，聚丙乙烯微球的制作方法一般是无皂乳液聚合法。

微球自组装蛋白石结构的光子晶体方法比较多，目前我们实际中应用比较多的就是提拉法和垂直沉积法。

垂直沉积法是在微球的分散液中插入玻璃基底，溶液都会产生蒸发的作用，在毛细力的作用下，微球会在基底的表面形成六角密堆积排列；提拉法是将基底利用机械臂保持一定速度的上提，从而能够有效地控制基底的生长厚度。

1.2反蛋白石结构反蛋白石结构是在蛋白石结构的基础上进行一系列的加工得到的。

蛋白石结构中微球和微球之间都会产生空隙，反蛋白石结构就是将介电材料添加在这些的孔隙之中，导致原来的微球被剔除，从而产生剩余孔隙填充物的结构。

其中对于填充物的选择种类比较多，可以选择金属氧化物，碳、硅等非金属单质，金属或者有机高分子材料等。

晶体生长机理的研究进展近年来，晶体生长机理的研究成为了材料科学领域中一个备受关注的热点问题。

晶体是由原子、分子或离子组成的周期性排列的结构，其形成受到很多因素的影响，如物理、化学以及热力学等因素。

因此，深入研究晶体生长的机理是建立新型材料和改进已有材料性能的关键。

一、传统的晶体生长机理传统的晶体生长机理可以分为两个阶段:核心形成和晶体增长。

在核心形成阶段，溶液中存在一些原子、分子或者离子偶然聚集在一起，形成一个小结晶体核，这个核具有一定大小和稳定性。

在核心形成后，晶体开始增长。

这个阶段，是一个向核心晶体加入原子、分子或者离子的过程，这些物质会在核心晶体上聚集，不断增加晶体的大小，直到达到所需要的大小。

二、新的晶体生长机理然而，传统的晶体生长机理不能解释一些特殊的现象，如不同方向生长的晶体表面以及晶体生长速度的不同。

在过去的几年中，新的观点被提出，对晶体生长机理做出了一些重要贡献。

1.分子层生长机理在分子层生长机理中，各种分子将按照一定的顺序被吸附到主体表面上，形成一个共价层。

这个共价层会不断增加，直到达到足够的稳定性。

2.两相齐晶生长机理两相齐晶生长机理可以理解为晶体在生长过程中，会形成一个独特的界面，这个界面上有两种不同物质的晶体。

这种生长方式在一些人工合成晶体的研究中得到了广泛应用。

3.晶面生长机理晶面生长机理中，晶体在不同的晶面上生长速度不同。

这种差异可以从晶体空间群的对称性、表面结构以及电荷分析等不同层次去理解。

三、新晶体生长技术的应用新的晶体生长机理不仅是一个理论上的技术革新，它也有很多实际的运用。

人们可以通过这些新技术生产更加均匀而稳定的晶体，从而增强材料的性能。

一种应用新晶体生长技术的实际例子是钻石膜生长。

在传统的钻石膜生长过程中，人们通常采用玄武岩、石英玻璃以及金属板作为工作表面。

这些表面都会对钻石膜的生长产生影响。

例如，在石英玻璃表面生长过程中，钻石膜的生长速度往往比在其他表面上慢。

磁场对磁性材料的磁晶各向异性和磁晶畴的影响磁场是一个强大的物理力量，在磁性材料中，它可以对材料的磁性产生重要影响。

具体而言，磁场可以影响材料的磁晶各向异性和磁晶畴。

本文将探讨磁场对磁性材料的这些影响。

1. 磁晶各向异性磁晶各向异性是指磁性材料在不同晶向上具有不同的磁性能。

磁场可以改变磁晶各向异性，从而影响材料的磁性质。

当材料处于无外加磁场状态时，磁晶各向异性主要由晶格结构和自旋排列决定。

然而，一旦外加磁场作用于材料，它可以改变材料的电子轨道和自旋状态，进而改变磁晶各向异性。

2. 磁晶畴磁晶畴是指磁性材料中由有序的磁矩构成的微观结构。

磁晶畴的形成与磁场密切相关。

在无外加磁场状态下，磁性材料的磁矩会随机排列，形成无序的磁晶畴结构。

然而，当外加磁场作用于材料时，它会对材料中的磁矩施加力，使磁矩重新排列，从而形成有序的磁晶畴结构。

3. 磁场对磁晶各向异性的影响磁场可以改变磁晶各向异性。

当外加磁场作用于材料时，它会对材料中的磁矩施加力矩，使磁矩重新排列。

这种重新排列导致了磁晶各向异性的改变。

具体而言，外加磁场可以使磁晶各向异性增强或减弱，甚至可以改变材料的磁易化方向。

这对于磁性材料的应用有重要意义，例如在磁存储器件和磁传感器中。

4. 磁场对磁晶畴的影响磁场也对磁晶畴的形成和演化起到了重要作用。

外加磁场可以改变材料中的磁矩排列，使磁晶畴重新组织。

具体而言，磁场可以增强或减弱磁晶畴的长大速率，影响磁晶畴壁的运动和畴间磁矩的相互作用。

这些变化直接影响材料的磁性能，在磁存储和磁制冷领域具有潜在应用。

综上所述，磁场对磁性材料的磁晶各向异性和磁晶畴具有显著影响。

通过改变磁晶各向异性，磁场可以调控材料的磁性能，对磁性材料的应用具有重要意义。

同时，磁场还可以改变磁晶畴的形态和演化，影响材料的磁性质。

随着对磁性材料的研究不断深入，我们对磁场对磁晶各向异性和磁晶畴的影响也会有更加深入的了解，为磁性材料的开发和应用提供更多的可能性。

V o l .26N o.22000204华　东　理　工　大　学　学　报 Journal of East Ch ina U niversity of Science and T echno logy 收稿日期:1999204212作者简介:罗　漫(1969～),女,四川人,博士研究生,研究方向为水处理技术。

文章编号:100623080(2000)022*******磁场对CaCO 3结晶过程的影响罗　漫3,　陆　柱(华东理工大学资源与环境工程学院,上海200237) 摘要:研究了磁化对CaCO 3结晶过程的影响。

发现磁处理抑制了晶体的成核过程但加速了晶体的生长,生成晶粒数量少,体积大。

磁场对CaCO 3结晶过程的影响主要是通过成垢阴离子起作用。

磁记忆效应至少可持续72h 。

关键词:磁场;CaCO 3;结晶;晶体成核;晶体生长中图分类号:TQ 085.4文献标识码:A 在工业循环冷却水运行过程中,碳酸钙的沉积是非常普遍的。

据报道,1.5mm 的碳酸钙将增加10%～20%的能耗,12mm 的垢将增加70%左右的能耗,25mm 的碳酸钙垢则可使设备效率下降95%[1]。

这不仅造成操作费用上升,严重时还会导致管道过热而破裂,,造成人身伤害。

磁场对碳酸钙结晶的影响,目前还没有一致的结论。

一些研究者认为磁处理有助于均相成核,加快结晶速度,生成晶粒体积小,数量多。

前苏联以克拉辛为代表的学者基本上持这种观点[2]。

以Donaldson 和H igash itan i [3～4]为代表的研究者则认为磁处理抑制了晶粒的成核过程,生成的晶粒体积大,数量少。

还有一些研究者,如H asson 和B yam son [5],声称磁处理对碳酸钙成核和生长过程均无影响,磁处理没有效果。

可以看出,有关这方面的研究报道是很矛盾的,而且大多是一些定性的结论没有涉及定量研究。

为此,我们进行了以下工作,探讨磁处理对CaCO 3结晶过程的影响。

磁场影响溶液结晶过程研究进展工业结晶技术是跨学科的分离与生产技术，20年来在国际上取得了突出的进展。

不仅传统工业结晶操作技术与设备在不断更新，而且新兴行业，如生物工程与生命科学、材料工业、催化剂制造、能源与环境、信息与通讯、电子行业也都离不开结晶技术。

工业结晶作为跨世纪发展的化工技术，已成为21世纪高新技术发展的基础手段之一。

影响整个结晶过程的因素很多，如溶液的过饱和度、杂质的存在、搅拌速度以及各种物理场等。

在工业结晶器中，追求高的晶体生长速率是为了提高设备的生产能力，但实际上晶体生长速率通常受到所要求的晶体产品质量或设备结垢等问题的限制，不允许采用提高过饱和度来提高生长速率，要在适当的过饱和度下，寻求其他方法去推动晶体生长过程。

应用磁场强化处理可望推动晶体生长过程，缩短结晶时间，提高设备的生产能力和产品质量。

但磁场处理也可抑制溶液的结晶。

本文就磁场影响溶液结晶的研究进展情况进行论述。

1结晶的基本原理[1]溶液结晶过程是物质从液态转变为结晶态的过程，要经历2个步骤:结晶成核和晶体生长。

结晶成核是在过饱和溶液中生成一定数量的晶核，在晶核的基础上成长为晶体，则为晶体生长。

结晶成核的速率公式为J N=Kexp[-A/(ln)2]。

式中J N——单位时间单位体积形成晶核的数量，可以用过饱和比的函数表示;K——动力学系数;A——能量项能级。

过饱和比定义为实际溶液浓度c与平衡浓度c s比值。

K值与溶解性有关。

对一个给定的过饱和比,溶解度越大,成核速率越大。

根据扩散理论晶体生长速率为J C=k(c-c s)nk——传质系数;n值在1~2之间。

由此可知，成核速率和结晶生长速率都依赖于溶液的浓度，因此物质的结晶受浓度控制。

当浓度低于c s，溶液未饱和，不可能结晶;浓度在c s和c s*(溶液中晶体出现时的有效浓度)之间，体系为亚稳定状态，除非过饱和比大于1，否则成核速率太低，而不能形成晶体。

但是如果在溶液中加入晶种，它即会生长。