戊炔草胺晶体生长动力学研究

发布时间：2020-08-23 11:08

【摘要】：工业结晶过程的动力学特性直接决定着产品的尺寸、形状、粒度分布以及流动性等特征;更由此间接影响过滤、干燥和储存等结晶过程的后续化工单元操作。晶体生长动力学的研究对结晶过程的生产指导意义不言而喻,然而相关的理论研究并不完善。本文选取目标化合物戊炔草胺,以特征晶面{100}与{10(?)}为例,对比研究不同晶面在晶体生长中体扩散过程与表面集成过程。揭示了戊炔草胺{100}晶面的“2D成核生长”机制与{10(?)}晶面的“法向生长”机制,并通过大量实验综合研究各因素的作用规律获得相关动力学函数。主要研究内容如下:从晶体结构出发,借助于Materials Studio(MS)软件通过理论计算模拟晶体由自身结构特征所决定的生长习性,首次采用单分子溶质生长方式从能量角度探究不同晶面的生长规律。理论上预测出戊炔草胺相对光滑的{100}晶面遵循“2D成核生长”机制”,而粗糙的{10(?)}晶面趋向于“法向生长”机制。以晶面微观表征的方式研究晶体生长中的表面集成过程,实验判定戊炔草胺晶体在丙酮溶剂中的生长{100}晶面为“2D成核生长”机制,{10(?)}为“法向生长”机制,验证了理论预测的正确性。并进一步通过实验考察溶剂、饱和度与杂质对表面集成过程的影响。结果表明:溶剂与晶面的强相互作用力,促使溶剂分子与晶面结合牢固,而溶质分子在该晶面生长困难。实验中由于丙酮对{100}晶面的作用能明显高于甲醇,戊炔草胺{100}晶面的“2D成核生长”机制由丙酮中的“单核生长”转变为甲醇中的“多核生长”机制。以分子模拟的手段研究晶体生长的体扩散过程。动力学模拟获得不同晶面溶剂层的排布,进而研究溶质从溶液主体透过溶剂层到达晶体表面的扩散过程,并考察了不同溶剂、温度、浓度与杂质对溶质扩散系数的影响。结果表明:在同一晶面{100}上,丙酮的径向函数分布密度大于甲醇,对溶质分子的扩散阻力大,降低其扩散系数;不同晶面{100}与{10(?)}对比发现,{10(?)}晶面上的丙酮溶剂层密度明显大于{100},致使溶剂分子在靠近{10(?)}晶面扩散速率大幅度降低。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O78
【图文】：

晶核,自由能,半径,临界晶核

自由能随晶核半径的变化关系如图1-1 所示。 c为临界晶核半径，当体系中形成晶核尺寸大于临界晶核时，随着晶核半径的增大自由能逐渐减小，有利于晶体的生长。反之，晶核形成后会逐渐消失。

二维晶核,晶面

晶面上二维晶核的形成

示意图,螺旋位错,生长机制,历程

定于位错露头点，见图（a）；台阶运动后，在露头点附近台阶必然弯曲，见图（b）；由于台阶不同部分运动的线速度相同，而其角速度随着离开露头点距离的增加而减小。所以当台阶的各部分绕露头点旋转的角速度不等时，其形状将一直发生变化，见图（b），（c），（d），随着台阶运动的轨迹，就形成了螺旋线花纹，见图（d）。

【参考文献】