现代晶体生长技术作为一门科学技术始于20世纪50年代初。随着晶体生长理论的完善和晶体生长技术的进步，人工晶体材料有了飞跃式发展，一大批新型功能晶体材料的出现大力推动了科学进步，提高了人类生产生活水平。近年来，随着新原理、新技术的不断涌现，晶体材料科学领域发展迅猛，不断有新型人工晶体材料被研发出来并获得实际应用，尤其是在光电子领域，人工晶体材料已成为关键核心材料，日益受到各国政府和科学家的重视。
我国人工晶体材料的研究开始于20世纪50年代中期。我国人工晶体材料研究始终立足国际前沿，坚持自主创新，经历了从无到有、从零星实验室研究到大规模产业化的发展过程，并在国际上占有一席之地，其发展历程可谓波澜壮阔。现在，我国的人工水晶、单晶硅、人造金刚石、铁电压电LN和LT晶体及各类宝石等晶体已形成高技术产业，偏硼酸钡（BBO）、三硼酸锂（LBO）、倍频材料磷酸氧钛钾（KTP）、锗酸铋（BGO）、钒酸钇（YVO4）、钨酸铅（PbWO4）等晶体的质量与性能已达到国际领先水平，成为国际市场上的有力竞争者。
晶体生长技术是晶体材料科学的重要组成部分和关键技术之一。《晶体生长基础与技术》从晶体生长的理论基础、主流晶体生长技术方法和晶体生长技术在晶体材料中的应用三方面对晶体生长技术进行了系统归纳和总结。
晶体生长基础与技术
王国富，李凌云 著
北京：科学出版社，2023.3
ISBN 978-7-03-074843-0
责任编辑：李明楠，李丽娇
第1章对人工晶体生长的研究历史、基本概念、研究范畴进行了简要概括，系统阐述了晶体生长的主要理论基础，并对晶体生长方法进行分类。
第2章重点阐明晶体生长的热力学基础，即相图的基本理论和分类、相图在晶体生长中的应用及测定相图的方法与技术。
第3章～第5章阐述了从溶液中生长晶体的三种主要技术方法，即水溶液法晶体生长、助熔剂法晶体生长和水热法晶体生长，详细介绍它们的晶体生长设备结构设计、温场设计技术和原料配方设计等。
第6章～第8章介绍内容涵盖了从熔体中生长晶体的三种主要方法，即焰熔法、提拉法和坩埚下降法，详细叙述它们的晶体生长设备结构设计、温场设计技术和生长工艺技术等。
第9章介绍了晶体生长技术在几种代表性光电子晶体创新成果领域的具体应用。
几种主要的从溶液中生长的晶体生长方法
几种主要的从熔体中生长的晶体生长方法
本书是作者根据近四十年来晶体材料研究工作和晶体科学人才培养积累的成果与知识撰写而成的，在理论上力求系统但不做过多数学公式描述，在技术上突出实用性、先进性和可操作性，在应用上则突出创新性。
本书可作为高年级本科生、硕士和博士研究生以及从事晶体材料研究初期的工作人员的学习参考书和入门引导，在本书的指导下可独立开展晶体生长研究，尤其是晶体生长平台搭建和晶体生长工艺设计等。
作者简介
王国富，福建福州人，博士，中国科学院福建物质结构研究所二级研究员，博士生导师，原晶体材料研究室主任。1977年毕业于福州大学化学化工系，1996年获英国思克莱德大学物理哲学博士学位。长期从事光电子功能晶体材料及其晶体生长研究，参加研究工作以来获得10项科技成果：国家科技进步奖二等奖1项，省部级科学技术奖一等奖3项、二等奖5项、三等奖1项。发表论文280多篇，出版《可调谐激光晶体材料科学》著作1部，参编英文著作4部，获得国家授权发明专利35件和实用新型专利5件。获全国化工优秀科技工作者、首届福建省优秀人才等荣誉称号。先后受邀任中国硅酸盐学会晶体生长与材料分会副理事长、中国光学学会光学材料专业委员会副主任等职。
李凌云，1985年2月生，教授，博士生导师。2012年于中国科学院福建物质结构研究所获得物理化学专业博士学位毕业后，在福州大学材料科学与工程学院工作至今，2013～2016年福耀玻璃工业集团股份有限公司博士后，2017～2018年美国西北大学访问学者。研究方向聚焦于光功能晶体材料的结构设计、晶体生长及其在激光、荧光探针方面的应用。作为主要完成人之一获福建省科技进步奖一等奖1项，作为第一完成人获福建省教学成果奖一等奖1项。主持国家自然科学基金3项，福建省自然科学基金2项。在光功能材料的生产装置、生长技术方面以第一完成人获得国家授权发明专利11件，并申请1件美国发明专利。作为主编出版数字教材1部。
内容简介
本书系统介绍了人工晶体生长的基础理论和相图技术，在此基础上全面介绍了人工晶体生长主流技术如水溶液法、助熔剂法、水热法、焰熔法、提拉法和坩埚下降法等，详细介绍了上述人工晶体生长技术的基本原理、设备设计与构造、生长工艺以及它们的优缺点等。同时，作者结合自身多年科研工作成果积累，选择性介绍了几种重要的光电子晶体材料的生长技术。本书可作为高年级本科生、硕士和博士研究生以及从事晶体材料研究初期工作人员的学习参考书和入门引导。
目录速览
前言
第1章 晶体生长理论基础 1
1.1 引言 1
1.2 晶体生长技术的分类 2
1.2.1 气相生长法 2
1.2.2 液相生长法 3
1.2.3 固相生长法 4
1.3 晶体生长的热力学原理 4
1.3.1 气-固相转变过程 5
1.3.2 液-固相转变过程 6
1.4 晶体生长理论构造模型 7
1.4.1 晶体层生长理论 8
1.4.2 晶体螺旋生长理论 9
1.5 溶液法晶体生长理论基础 11
1.5.1 溶液法晶体生长的基本原理 11
1.5.2 溶液中晶体生长过程的物理化学基础 13
1.6 熔体生长晶体理论基础 16
1.6.1 熔体生长过程的特点 16
1.6.2 结晶过程驱动力 17
1.6.3 熔体生长过程的物理化学基础 19
参考文献 26
第2章 相图及其在晶体生长中的应用 27
2.1 相图的基本概念 27
2.1.1 几个基本概念 27
2.1.2 相律 29
2.2 杠杆定律 30
2.3 相图的分类 32
2.3.1 单组元相图 32
2.3.2 二元系相图 33
2.3.3 三元系相图 44
2.4 相图的实验测定与绘制 47
2.4.1 差热分析基本原理 47
2.4.2 X射线粉末衍射原理 49
2.4.3 相图的测定和绘制 52
2.5 相图在晶体生长中的应用 54
2.5.1 相图在铌酸锂晶体生长中的应用 54
2.5.2 相图在紫外双折射高温相?-BaB2O4晶体生长中的应用 56
参考文献 59
第3章 水溶液晶体生长技术 61
3.1 溶液和溶解度 61
3.1.1 溶液的概念 61
3.1.2 溶解度和溶解度曲线 61
3.1.3 饱和温度和溶解度的测定 63
3.2 水溶液法晶体生长的基本原理和方法 67
3.2.1 溶剂蒸发法 67
3.2.2 温差法 68
3.2.3 降温法 69
3.3 影响水溶液晶体生长的主要因素 73
3.3.1 杂质的影响 73
3.3.2 pH的影响 73
3.3.3 过饱和度的影响 76
参考文献 77
第4章 助熔剂法晶体生长技术 79
4.1 引言 79
4.2 助熔剂法晶体生长技术的基本原理和生长技术方法 80
4.2.1 助熔剂法晶体生长技术的基本原理 80
4.2.2 自发成核法 80
4.2.3 籽晶法 81
4.3 助熔剂的选择 86
4.3.1 助熔剂的选择原则 86
4.3.2 助熔剂和熔液的物理化学性能 87
4.3.3 助熔剂的类型 93
4.4 混料设计在助熔剂探索中的应用 95
4.4.1 混料设计概述 95
4.4.2 混料设计指导复合助熔剂探索实验方案 97
4.4.3 混料设计指导复合助熔剂探索应用实例 99
4.5 助熔剂法晶体生长技术的优缺点 108
4.5.1 助熔剂法晶体生长技术的优点 108
4.5.2 助熔剂法晶体生长技术的缺点 108
参考文献 109
第5章 水热法晶体生长技术 113
5.1 水热法晶体生长技术的基本原理 113
5.2 水热结晶的物理化学性能 114
5.2.1 高温高压下水的物理化学性能 114
5.2.2 水热系统中的压强-体积-温度特性 117
5.3 水热法晶体生长装置 120
5.4 水热法晶体生长技术的工艺过程 121
5.5 影响水热法晶体生长的因素 122
5.5.1 温度对晶体生长的影响 122
5.5.2 溶液填充度对晶体生长的影响 122
5.5.3 溶液浓度对晶体生长的影响 122
5.5.4 培养料的溶解表面积与籽晶生长表面积之比对晶体生长速率的影响 122
5.5.5 溶液pH对晶体生长的影响 123
5.5.6 对流挡板对晶体生长的影响 123
5.6 水热法晶体生长技术的优缺点 124
5.6.1 水热法晶体生长技术的优点 124
5.6.2 水热法晶体生长技术的缺点 124
参考文献 124
第6章 焰熔法晶体生长技术 126
6.1 焰熔法晶体生长的基本原理 126
6.2 焰熔法晶体生长装置 126
6.2.1 原料供应系统 127
6.2.2 燃烧系统 127
6.2.3 晶体生长系统 127
6.3 焰熔法晶体生长技术的工艺过程 128
6.4 焰熔法晶体生长技术的优缺点与晶体缺陷 128
6.5 焰熔法晶体生长技术的主要应用领域 129
6.5.1 焰熔法在合成星光刚玉宝石方面的应用 130
6.5.2 合成宝石鉴别 132
参考文献 133
第7章 提拉法晶体生长技术 134
7.1 提拉法晶体生长技术的热力学基础 134
7.1.1 提拉法晶体生长技术基本原理 134
7.1.2 结晶过程的驱动力 134
7.1.3 提拉法晶体生长技术的热传递方式 135
7.1.4 界面热流连续方程 136
7.1.5 晶体中的温度分布 138
7.2 提拉法晶体生长技术的基本装置和工艺 141
7.2.1 提拉法晶体生长技术的基本装置 141
7.2.2 提拉法晶体生长的一般工艺过程 143
7.3 提拉法晶体生长中缺陷形成和控制 145
7.3.1 晶体中常见的几种缺陷 145
7.3.2 物质条件对晶体质量的影响和控制 146
7.3.3 热力学因素对晶体质量的影响和控制 153
7.3.4 分凝和组分过冷 154
7.3.5 温度分布、温度波动与晶体生长条纹 154
7.4 提拉法晶体生长技术的优缺点 156
参考文献 157
第8章 坩埚下降法晶体生长技术 161
8.1 坩埚下降法晶体生长技术的基本原理 161
8.2 坩埚下降法晶体生长装置 161
8.3 坩埚下降法晶体生长技术的基本工艺与要求 163
8.3.1 坩埚 163
8.3.2 基本生长工艺流程 165
8.3.3 晶体生长的传热过程和温场设计 165
8.3.4 生长速率和固-液界面移动的控制 166
8.3.5 Bridgman法晶体生长过程的结晶界面的控制及其控制原理 167
8.3.6 籽晶定向生长 169
8.4 坩埚下降法晶体生长技术的特点 169
参考文献 171
第9章 几种重要光电子晶体材料的生长 175
9.1 非线性光学晶体低温相偏硼酸钡β-BBO的顶部籽晶助熔剂法生长 175
9.1.1 低温相偏硼酸钡β-BBO的结构和基本非线性光学性能 175
9.1.2 β-BBO晶体生长 176
9.2 紫外双折射晶体高温相偏硼酸钡α-BBO的提拉法生长 178
9.2.1 高温相偏硼酸钡α-BBO的结构和基本双折射性能 178
9.2.2 α-BBO晶体生长 179
9.3 双折射晶体YVO4和激光晶体Nd3+：YVO4提拉法生长 181
9.3.1 YVO4和Nd3+：YVO4晶体结构和光学性能 182
9.3.2 YVO4和Nd3+：YVO4晶体生长 183
9.4 非线性光学晶体磷酸氧钛钾的水热法生长 185
9.4.1 磷酸氧钛钾晶体结构和非线性光学性能 185
9.4.2 磷酸氧钛钾水热法晶体生长 186
9.5 大尺寸非线性光学晶体磷酸二氢钾水溶液生长 189
9.5.1 磷酸二氢钾晶体结构和基本光学性能 189
9.5.2 大尺寸磷酸二氢钾晶体生长 190
9.6 紫外非线性光学晶体大尺寸三硼酸锂的顶部籽晶助熔剂法生长 193
9.6.1 三硼酸锂晶体结构和基本光学性能 193
9.6.2 三硼酸锂晶体生长 195
参考文献 197
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（本期编辑：王芳）
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