pH、杂质及溶液流速对二水甲酸锶晶体生长速率的影响.docx

1、第20卷第2期1991年5月人工晶体学报journalofsyntheticcrystalsVol.20,No.2May,1991pH、杂质及溶液流速对二水甲酸锢晶体生长速率的影响*林景臻蔡忠灿（福州大学化学系，福州，3S0002）（潭州市环保局）««x本文研究了溶液pH值、杂质离F*、A13+的浓度和溶液流速的变化与二水甲酸镌晶体（SFD）的（110）、C0U）面生展速率的关系。实验结果表明，二水甲酸稀品洵生长速率峦晶体和溶液相对运动下比相对静止时要加快，晶面生长速率并不与溶液的流速成正比。美询：二水甲酸铠，PH,杂渔，生长速率EffectofpH,ForeignCati

2、onsinSolutionandtheFlowofSolutionontheGrowthRateofStrontiumFormateDihydrateCrystalLinJingzhen(DepartmentofChemistry.FuzhouUniversity,Fuzhou.350002)CaiZhongcan(ZhangzhouEnvironmentalProtectionBureau)Abstract.Atfirst,thestalinnarystereoscopicmicroscopewasusedtodeterminetheeffectofpHandforeigncations(C

3、rs*tFc3+,Ai3+)?nsolutiononthegrowthrateof(110)and(011)facesofstrontiumformatedihydrate(SFD)crystal,ThebestpHvalueforthegrowthofSFDhasbeenfound.Andthen,thedynamicstereoscopicmicroscopewasusedtodeterminetheeffectofthechangeoftheflowofsolutiononthegrowthrateofSFDcrystalfaces.Theexperimentshowsthatthegr

4、owthrateofSFDcrystalfacesaremuchfaster本文1990年6月1日收到.擂建省自然科学资金麻财项目.180人工晶体学报用20卷whenthecrystalandthesolutionareinrelativemotionthaninrelativestationaryaButthegrowthrateofthefacesisnotdirectlyproportionalt°theHowofsolution*Keyword%strontiumformatedihydratecrystal,pH,foreigncations,growthrate一、引言品

5、体生长机制取决于相界面结构，晶体的最终形态是由晶体各醋面的相对生长速率所决定的。但是，外界因素，如杂质、温度.溶液浓度、酸度及溶液流速等，能改变晶体的彩态，影响晶体的生长速率。首先采用静态体视显微法测定了PH及杂质离子（Cr“、Fe3AH+）对二水甲酸锂（简称SFD）晶体生长速率的影响，找出生长SFD晶体的最佳pH值，然后采用动态体视显微法测定了溶液流速的变化对SFD晶体生长速率的影响。二、pH对SFD晶体生长速率的影响静态体视显微法的实验装置及测鼠方法参见文献在303.15K下，纯净的SFD饱和溶液的pH值为7.7,用甲酸溶液调节SFD饱和溶液的不同pH值，分别配成pH值为7.0,6.5,6

6、.0,5.5,5.0,4.5和4.0等溶液，用上海第二分析仪器厂制造的pHS-2型酸度计准确测定pH值。把配制的饱和溶液放在303.15K的怛温槽中，并加搅拌。采用静态体现显微法分别测定不同pH值，过冷度分别为1.00K和2.00K时SFD晶体的生长速率，在同一过饱和度和pH值F，取三组测量的平行数据的平均值作为该条件F的线生长速率，平均值与三蛆测景的平图1生长速率与PH的关系Figi,DependenceofgrowthratesofSFDcrystalfacesonpHvaluer图1生长速率与PH的关系Figi,DependenceofgrowthratesofSFDcrystalfac

7、esonpHvaluer行数据误差均在15%以内。然后再通过下列关系式把沿*和z方向的线生长速率换算成沿（110）和（011）面的生长速率R,其中，R（110）=0.8546。“R（011）=0.8600j图1为不同过恂和度下各晶面生长速率与pH值之间的关系曲线。从图1可以看出，当溶液的pH值逐渐下降时（pH=7.7降至6.0）,<110）和（011）面的生长速率随PH值的减少而增大，并且在pH=6,0附近达到最大值，当pH值继续降低到pH=5.5时，（110）和（011晶面的生长速率有所减小，随后随pH值的降低又有所增大，直到PH=5.O为止。当pH值就续下降时（pH=5.0至4.0，

8、（110）和011）晶面的生长速率随pH值的下降而减小。图3面生长速率与Fo"离子浓谩之间的关系Fig.3.DependenceofgrowthratesofSFDcrystalfaceson+cationconcentrations25.(1011)15.0、j、11U'10%204060BO100G-"(ppm，第2期PH,杂质及溶液流速对二水甲酸销晶体生长速率的影响1质由此可见，当pH=6.0时，(110)和(011)晶面的生长速率都达到极大值，在这个条件下，晶体生长速率最快，外观也较匀称，所以PH=6.0是SFD品体生长的最隹条件。三、杂质对SFD晶体生长速

9、率的影响下面我们用静态体现显微法测定SFD晶体在313.15K下，杂质(CrsFe3Al")含量为10lOOppm的SFD饱和溶液中(110)和(0M)晶面的生长速率的变化。1. CW子浓度对SFD体生长速率的龄晌图2为面生长速率与Cr"离子浓度之间的关系曲线，从图2可以看出，在SFD单晶生长过程中，加入一定量的CP，离子杂质，对各晶面生长速率的影响是不同的。R(110)随着C"+离子浓度的增加而急剧减小；而R(011)在1020ppmCr"离子浓度范围内有所增加，若继续增加Cr，+离子浓度，R(011)就出现下降，当Cr"离子浓度超过70pp

10、m时，7?(011)急剧下降。另外，衍"离子浓度超过40ppm时，沿+工和-工方向的晶面呈锯齿状。2. F/+H子液度对SFD体生长速率的赡响45.0:40.0135.0图2面生长速率与Cr离子浓度之间的关系Fig.2.DependenceofgrowthratesofSFDcrystalfacesonCr3+cationconcentrations图3为面生长速率与Fe"离子浓度之间的关系曲线，从图3可以看出，在SFD单晶生长过程中，加入一定盘的Fe，离子杂质，对各晶面生长速率的影响是不同的。R(110)随着F5离子浓度的增加而减少，当Fe"离子浓度达到20pp

11、m时，R(110)达到最低点，然后又随FS离子浓度的增加而增加，当Fe"离子浓度达到40ppm时达到最高点，当F/,离子浓度继续增加时，R(110)又下降，Fe'，离子浓度在50lOOppm之间变化时，R(110)变化不大3R(011)先是随F/卜离于浓度的增加而增加，到FT，离子浓度为loppm时达到最高点，然后随Fe"离子浓度的增加而下降，到Fe，离子浓度为20ppm时达到最低点，当F/,182182人工晶体学报第20卷Fig.4.DependenceofgrowthratesofSFDcrystalfacesonAI3+cationconcentrations

12、离子浓度继续增加时，R(Oil)又有所增加，到F。"离子浓度为40ppm时达到第二个最高点，随后又随F/+离子浓度的增加布下降，Fe'，离子浓度在50100ppm之间变化时，A(011)变化不大，这一点与&(110)相同，这可能是Fe"离子浓度超过50ppm时有痕ftFe<OH)3沉淀析出的缘故。3. A1，禹子浓度对SFD体生长速率的第响图4为面生长速率与A1"离子浓度之间的关系曲线，从图4可以看出，(110)随着A1"离子浓度的增加而急剧下降，尽管在AH*离子浓度分别为2ppm和70ppm时略有增加,<011)随着A1&q

13、uot;离子浓度的增加也是急剧下降的，当A1"离子浓度达到60ppm时，&(011达到最低点，当AW离子浓度继续增加时,R(011)又有所增加，直到AN离子浓度为70ppm时达到最高点，随后人(011)随着A1"离子浓度的增加又急剧下降。四、溶液流速对SFD晶体生长速率的影响1.实验部分图5实紧装置图Fig.5.Experimentalset-upformeasuringthegrowthrateofSFDcrystal1Thermostat,2,3Stirrer,4一Threeneckflask,5Squirmpump,6 Growthcell,7 XXTster

14、eoscopicmicroscope,8 Lightsource,9Airthermostat,10U1tratbermotat图6生长测量擀装置图Fig.6.Growthcellintheexperimentalaet-Hpinfig.5.tWatertrough,2Solutiontrough3Threadingstaff,4Seedcrystal.5 Rubberwasher,6 Leadingwaterpipe,7 Leadingsolutionpipe.参考J.W.Mullin等人的做法队"，设计了一套装笼进行动态体视显微法测定晶体生长动力学的研究，见图5。生长测量槽的侧面

15、图见图6所示。183pH、杂质及溶液流速对二水甲酸锹品体生长速率的影响测信开始时，升高恒温槽温度比饱1的过冷度，籽晶便开始生长，空气恒温孕流量，测髭晶体在工和Z方向的尺寸变化,点高3K左右，籽晶棱角明显变圆时，降温到一定的温度与生长测髭槽的温度相同。调节不同的溶液每间隔1020分钟测量一次。Qini!.ji图7面生长速率与溶液流速的关系Fig.7.DependenceofgrowthratesofSFDcrystalfacesontheflowof»olation实验测得溶液的饱和点为314.15K,我们测量了过饱和度分别别T=2.00K和3.00K下，溶液流量为300ml/b,40

16、0ml/h>500ml/h和600ml/h时晶面生长速率。2.结果与讨论图8给出了SFD晶体的（110）和（011）晶面生长率正在过冷度分别为2.00K和3.00K下与溶液流量Q的关系曲线。从图中可以看出，在流动法中晶面生长速率比在静态法中快得多。当流速达到400ml/h时，面生长速率达到最高值，随后，晶面生长速率随着溶液流速的增大而减小，这说明晶面生长速率并不是与溶液流速成正比的。五、结论1. PH=6.O是二水甲酸锲晶体生长的最佳条件。2. 在二水甲酸锲晶体生长过程中，加入一定量的Cr，+、Fe3AP+等杂质离子，对各晶面生长速率的影响是不同的。3. CL，离子不仅能显著地降低（11

17、0>面的生长速率，而旦能改变（110）面的形状，但C/，离子对（011）面的生长影响较不明显，只有当Ci，离子浓度超过70ppm时，才显著地降低（011）面的生长速率。4. Fe"离子显著地降低了（110>晶面的生长速率，只有当Fe"离子浓度为40ppm时例外j当Fe3离子浓度分别为lOppm和40ppm时两次显著地提高（011）面的生长速率外，其余都是显著地降低（011）晶面的生长速率。5. AP*离子能大大降低（110）和011）面的生长速率，唯一不同的是当A1"离子浓度为70ppm时，（011）品面生长速率有较明显的增加。6.SFD晶体的晶面生长速率在晶体和溶液相对运动下比相对尊止