晶須生長(zhǎng)機(jī)制一直備受關(guān)注,然而"晶須到底是怎樣生長(zhǎng)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(zhǎng)機(jī)制不適用于液相體系晶須生長(zhǎng)。本文試圖提出液相體系晶須生長(zhǎng)機(jī)制應(yīng)為拓展的ACP（Anion Coordination Polyhedron）機(jī)制。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的晶須生長(zhǎng)機(jī)制未能解釋液相體系晶須的生長(zhǎng)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(zhǎng)。拓展的ACP生長(zhǎng)機(jī)制克服了這些問題,并有效地指導(dǎo)人工晶須生長(zhǎng)。 

【文章來源】：人工晶體學(xué)報(bào). 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(zhǎng)體系中,起主要聯(lián)結(jié)作用的生長(zhǎng)基元必須具備“一維方向聯(lián)結(jié)優(yōu)勢(shì)” 的空間結(jié)構(gòu)特征。也就是基元在三維空間聯(lián)結(jié)時(shí)有一個(gè)方向的聯(lián)結(jié)特別有優(yōu)勢(shì),這是晶體生長(zhǎng)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(zhǎng)、鍵角相等或接近。具有“一維方向聯(lián)結(jié)優(yōu)勢(shì)” 空間結(jié)構(gòu)特征不僅是晶體往一維方向生長(zhǎng)以形成晶須的必要條件,同時(shí)也是基元往一維方向聯(lián)結(jié)生長(zhǎng)的驅(qū)動(dòng)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(shì)”。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(zhǎng)基元。因此,在設(shè)計(jì)制備晶須實(shí)驗(yàn)時(shí),應(yīng)盡量在弱堿或近中性的介質(zhì)下進(jìn)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(zhǎng)為晶須。如果生長(zhǎng)基元不具備這種“一維方向聯(lián)結(jié)優(yōu)勢(shì)” 的空間結(jié)構(gòu)特征,則很難生長(zhǎng)為晶須,而只能生長(zhǎng)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(shì)”,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(shì)的過程。圖2(a)用簡(jiǎn)單線圖示出了單個(gè)[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(diǎn)(即中心),4個(gè)羥基位于線段末端。2(b)示出了兩個(gè)四面體[Mg-(OH)4]2-基元聯(lián)結(jié)后的形態(tài),兩個(gè)基元是通過羥基脫水后聯(lián)結(jié),聯(lián)結(jié)處只留下一個(gè)氧(這個(gè)氧也可以再俘獲一個(gè)氫離子組成一個(gè)虛擬的羥基)。2(c)示出了在2(b)的兩端再分別與1個(gè)基元相聯(lián)結(jié)的形態(tài),并標(biāo)記左端聯(lián)結(jié)點(diǎn)的氧為O1,右端聯(lián)結(jié)點(diǎn)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(gè)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(shì)的,因?yàn)檫@樣的聯(lián)結(jié)最匹配、最易實(shí)現(xiàn),其他方向均不具優(yōu)勢(shì),這樣的聯(lián)結(jié)也就實(shí)現(xiàn)了一維方向匹配聯(lián)結(jié)。現(xiàn)再?gòu)膱D2去說明“最匹配、最易實(shí)現(xiàn)”,從圖2(b)開始,如果有兩個(gè)基元相碰撞,顯然每個(gè)基元各提供3個(gè)羥基進(jìn)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(gè)基元聯(lián)結(jié)時(shí)就奠定了晶體直線生長(zhǎng)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(gè)基元欲參與聯(lián)結(jié)時(shí),它只能匹配地從2(c)的兩端進(jìn)行,也就是自身提供3個(gè)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?yàn)轶w系有對(duì)流存在,直線增長(zhǎng)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(xiàn)】：
期刊論文
[1]Synthesis and Structural Analysis of LDH-SO4-CO3 Whisker[J]. 吳健松,YANG Yifeng.  Journal of Wuhan University of Technology（Materials Science）. 2019(05)
[2]煅燒對(duì)半水硫酸鈣晶須穩(wěn)定化的影響[J]. 范浩,宋興福,許妍霞,于建國(guó).  華東理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2019(03)
[3]Mg6Al2（OH）13CO3Br1.6Cl1.4·5.5H2O晶須的合成及其結(jié)構(gòu)分析[J]. 吳健松.  廈門大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2019(03)
[4]LDH-CO3-SO4-Cl晶須的合成及其結(jié)構(gòu)[J]. 吳健松,趙思娜,林志仙,魏文君.  中山大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2019(02)
[5]綜合利用稻殼制備木糖、電容炭與硅酸鈣晶須[J]. 隋光輝,程巖巖,陳志敏,魏慶玲,王曉峰,楊曉敏,王子忱.  高等學(xué)�；瘜W(xué)學(xué)報(bào). 2019(02)
[6]Liquid precipitation and microstructure of Mg6Al2（OH）15NO3CO3·4H2O whiskers[J]. 吳健松.  Journal of Chongqing University（English Edition）. 2018(04)
[7]鈣法分步結(jié)晶制備堿式硫酸鎂晶須[J]. 王一瑩,孫玉柱,于建國(guó).  無機(jī)鹽工業(yè). 2018(11)
[8]HTlc-SO4-CO3-I晶須的合成及其結(jié)構(gòu)分析[J]. 吳健松,藍(lán)曉欣,魏文君.  化學(xué)研究與應(yīng)用. 2018(11)
[9]pH值對(duì)Mg2（OH）2CO3·3H2O晶須生長(zhǎng)機(jī)制的影響[J]. 吳健松.  人工晶體學(xué)報(bào). 2018(11)
[10]堿式碳酸鎂晶須晶胞的形成過程及其屬性[J]. 吳健松,伍思韻,林志仙,楊軼鳳,趙思娜.  中山大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2018(06)

博士論文
[1]低維ZnO材料的外場(chǎng)制備、結(jié)構(gòu)與性能研究[D]. 王琳.武漢理工大學(xué) 2006



本文編號(hào)：3012721