晶體的生長(zhǎng)一般是先生成晶核，爾后再逐漸長(zhǎng)大。晶核的形成是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程。對(duì)于從液相中生成晶體的情況而言，通常，當(dāng)溶液達(dá)到過(guò)飽和或熔體達(dá)到過(guò)冷卻時(shí)，體系內(nèi)相應(yīng)組分的質(zhì)點(diǎn)將按照格子構(gòu)造形式首先聚合成一些具有一定大小、但實(shí)際上是極其微小的微晶粒，這些微小的晶粒便稱為晶核或晶芽。晶核是晶體生長(zhǎng)的中心。晶核形成以后，圍繞晶核的生長(zhǎng)，實(shí)際上就是溶液或熔體中的其他質(zhì)點(diǎn)，按照格子構(gòu)造規(guī)律不斷地堆積在晶核上，使晶核逐漸長(zhǎng)成晶體的過(guò)程。那么質(zhì)點(diǎn)是如何堆積到晶核上長(zhǎng)成晶體的呢？下面重點(diǎn)介紹兩個(gè)有關(guān)的理論模型。圖2-1層生長(zhǎng)模型（據(jù)潘兆櫓等，1993）1.層生長(zhǎng)理論層生長(zhǎng)（layer growth）理論又稱科塞爾-施特蘭斯基二維成核（two-dimensional nucleation）理論，是由科塞爾（W.Kossel）提出后經(jīng)施特蘭斯基（I.N.Stranski）發(fā)展而成的晶體生長(zhǎng)模型。該理論認(rèn)為，質(zhì)點(diǎn)在光滑的晶核表面堆積時(shí)，存在著3種不同的占位位置1和2及3（圖2-1），分別稱為三面凹角、二面凹角和一般位置。每種位置周圍分布著數(shù)量不等的質(zhì)點(diǎn)，這些質(zhì)點(diǎn)對(duì)欲進(jìn)入該位置的外來(lái)質(zhì)點(diǎn)具有一定的吸引作用。三面凹角周圍分布的相鄰質(zhì)點(diǎn)數(shù)多于二面凹角，二面凹角周圍分布的相鄰質(zhì)點(diǎn)數(shù)多于一般位置。這樣質(zhì)點(diǎn)進(jìn)入3種位置后與周圍質(zhì)點(diǎn)成鍵的數(shù)量多少就不相同。三面凹角周圍分布的相鄰質(zhì)點(diǎn)數(shù)最多，進(jìn)入該位置的質(zhì)點(diǎn)與周圍相鄰質(zhì)點(diǎn)之間形成的化學(xué)鍵最多，釋放的能量也最大，結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定。因此，質(zhì)點(diǎn)優(yōu)先進(jìn)入三面凹角，其次是二面凹角，最后是一般位置。由此可以推出，在理想情況下，晶體在晶核基礎(chǔ)上生長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)先生長(zhǎng)一條行列，然后生長(zhǎng)相鄰的行列，在長(zhǎng)滿一層面網(wǎng)后，再開始生長(zhǎng)第二層面網(wǎng)，這樣晶體面網(wǎng)一層一層地逐漸向外平行推移，最外層的面網(wǎng)便發(fā)育成晶體的晶面。這就是層生長(zhǎng)理論。圖2-2 石英縱切面上的環(huán)帶構(gòu)造（據(jù)李勝榮等，1996）晶體表面微形貌的掃描電鏡觀察表明，實(shí)際晶體的生長(zhǎng)并不嚴(yán)格按照簡(jiǎn)單的逐層外推的方式進(jìn)行。因?yàn)樵诰w的生長(zhǎng)過(guò)程中，常常粘附在晶核表面的不是一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，而是按格子構(gòu)造聚合而成的質(zhì)點(diǎn)團(tuán)，其厚度可達(dá)幾萬(wàn)或幾十萬(wàn)個(gè)原子層。另外，晶體表面不一定是平坦的晶面，而可能出現(xiàn)晶面階梯，表明質(zhì)點(diǎn)向晶核上堆積時(shí)也不一定是在一層堆滿以后才開始堆積第二層，晶核表面可有多個(gè)層同時(shí)在堆積。盡管如此，晶體的生長(zhǎng)在許多情況下還是按層進(jìn)行的。例如，晶體斷面上常?？梢砸姷江h(huán)帶構(gòu)造（zoning，圖2-2）；晶體常生長(zhǎng)成為面平、棱直的多面體形態(tài)（晶體的自限性）；同種物質(zhì)的晶體上對(duì)應(yīng)晶面間的夾角不變（面角守恒定律）；形成生長(zhǎng)錐（圖2-3）等。所有這些現(xiàn)象都證明了晶體在較理想條件下生長(zhǎng)時(shí)，晶面是平行向外推移的。圖2-3 晶體的生長(zhǎng)錐（據(jù)南京大學(xué)巖礦教研室，1978）a—各晶面生長(zhǎng)速度保持恒定時(shí)形成的棱錐狀生長(zhǎng)錐；b和c—各晶面相對(duì)生長(zhǎng)速度有變化時(shí)形成的復(fù)雜生長(zhǎng)錐2.螺旋生長(zhǎng)理論層生長(zhǎng)理論雖然較好地闡述了理想條件下晶體的生長(zhǎng)機(jī)制，但也存在一定的缺陷。因?yàn)楫?dāng)晶體的第一層面網(wǎng)生長(zhǎng)完成以后，再在其上開始第二層面網(wǎng)生長(zhǎng)時(shí)，三面凹角和二面凹角已經(jīng)消失，這時(shí)已長(zhǎng)好的面網(wǎng)上僅存在一般位置，該位置對(duì)溶液中質(zhì)點(diǎn)的引力較小，質(zhì)點(diǎn)就不易克服熱振動(dòng)而進(jìn)入該位置。因此，開始生長(zhǎng)第二層面網(wǎng)時(shí)需要較高的過(guò)冷卻度和過(guò)飽和度。顯然，層生長(zhǎng)理論還不能很好地解釋低過(guò)飽和度和低過(guò)冷卻度條件下晶體面網(wǎng)的連續(xù)生長(zhǎng)問(wèn)題。為此，基于實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)中常見的位錯(cuò)現(xiàn) 象，伯頓（W.K.Burton）、卡夫雷拉（N.Cabrera）、弗蘭克（F.C.Frank）等人又提出了晶體的螺旋生長(zhǎng)模型，亦稱BCF模型。按照螺旋生長(zhǎng)（spiral growth）理論，雜質(zhì)在晶格中的不均勻分布可使晶格內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，圖2-4 晶格中的螺旋位錯(cuò)和螺旋生長(zhǎng)模型（據(jù)潘兆櫓等，1993）a—f示不同生長(zhǎng)階段當(dāng)應(yīng)力積累超過(guò)一定限度時(shí)，晶格便沿某一面網(wǎng)發(fā)生相對(duì)剪切位移，形成螺旋位錯(cuò)（screw dislo-cation）。螺旋位錯(cuò)的出現(xiàn)使平滑的界面上出現(xiàn)沿位錯(cuò)線分布的凹角（圖2-4），從而使介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)優(yōu)先向凹角處堆積。顯然，隨著質(zhì)點(diǎn)在凹角處的堆積，凹角并不會(huì)消失，只是凹角所在的位置隨質(zhì)點(diǎn)的堆積而不斷地螺旋式上升，導(dǎo)致生長(zhǎng)界面以螺旋層向外推移，并在晶面上留下成長(zhǎng)過(guò)程中形成的螺旋紋（圖2-5）。這便是晶體的螺旋生長(zhǎng)。層生長(zhǎng)理論是母相的過(guò)飽和度及過(guò)冷卻度較大而能滿足二維成核所需成核能時(shí)較適合的晶體生長(zhǎng)模型，螺旋生長(zhǎng)理論是解釋母相的過(guò)飽和度及過(guò)冷卻度較小甚至很小時(shí)較適合的晶體生長(zhǎng)模型。圖2-5 晶面上的螺旋紋（據(jù)王文魁，2002）
備注：數(shù)據(jù)僅供參考，不作為投資依據(jù)。