晶體的生長(crystal growth)

晶體的生長(crystal growth)
台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

晶體是粒子排列非常規則整齊的固體，其可利用物質相變的情況下而形成。一般認為晶體從液相或氣相中的生長會經歷三個階段：(1)基質(matrix)達到過飽和(supersaturation)或過冷(supercooling)階段。由於溫度或濃度的局部變化，在此階段粒子仍散亂的排列。(2)成核(nucleation)階段，形成結晶微顆粒的作用稱之為成核作用。(3)生長(growth)階段，結晶微顆粒的表面逐漸沉積更多的固體，最後生長成為大型的晶體顆粒。

在上述的第(2)成核階段，又可再分為「均勻成核作用」與「不均勻成核作用」。「均勻成核作用」是指基質體系內的質點同時進入不穩定狀態而形成新相，此類作用過程牽涉到粒子需要移動到正確的位置與方向才能開始發生堆積，因此需克服相當大的表面能障礙才能成核，即需要相當大的過冷程度才能成核。「不均勻成核作用」是指體系中已經存在某種不均勻性，例如懸浮的雜質微粒，容器壁上凹凸不平等，它們都有效地降低了表面能成核時的表面能障礙，會優先在這些具有不均勻性的地點形成晶核。

人工方法控制晶體生長時，均先需要製成溶液狀態。把晶體置於不飽和溶液中，晶體就開始溶解。由於晶體的頂角和棱邊位置與溶劑接觸的機會多，所以這些地方溶解速率較快，因而晶體可逐漸溶成近似球狀。如明礬的八面體溶解後成近於球形的固體。

溶解和晶體生長並不是單純的相反步驟之現象。晶體溶解時，溶解速度是隨方向逐漸變化的，因而晶體溶解可形成近於球形的固體。但是晶體生長時，生長速度隨方向改變而不斷的急驟變化，因之晶體又可以恢復成幾何多面體形態。晶體的溶解和生長在自然界常交替出現，使晶體表面呈複雜的形態。

參考資料：
http://encyclopedia.thefreedictionary.com/Crystal+growth
http://encyclopedia.thefreedictionary.com/supercooling