碘化汞(α-HgI_2)晶体的形貌预测及制备

为了获得应用于核辐射探测器的碘化汞(α-HgI_2)单晶,采用布拉维法则理论,通过Material Studio(MS)软件预测理想晶体形貌,建立了以二甲基亚砜为溶剂,控制溶液初始温度为25℃,每4h升温1℃的近平衡态液相生长工艺.研究结果表明:{001}是最重要生长晶面,理想晶体的最优/大面应为(001);经过4d的生长,获得具有规则自然晶面,与模拟形貌结果比较接近的α-HgI_2晶体,同时X射线衍射检测表明晶体最大晶面为(001).通过理论模拟和实验结果证明在近平衡生长环境下结构因素控制α-HgI_2生长.

α-HgI_2晶体附着能的计算

为研究碘化汞(HgI_2)晶体生长形貌的变化规律,使用Material Studio(MS)软件中的Morphology和Forcite模块计算HgI_2晶体的附着能(Eahtktl)明确晶体的生长速率Rhkl.采取封端法辅助切面法将非收敛结构转换为收敛结构后计算α-HgI_2晶体的附着能.以β-HgI_2晶体为参照,通过对β-HgI_2使用生长形态法与封端法辅助切面法同步计算附着能,分析封端法辅助切面法计算晶体附着能的合理性.结果表明:使用封端法辅助切面法计算出α-HgI_2晶体(001)、(101)和(110)的Eahtktl分别为-9.86,-23.04和-26.87kJ·mol-1.分别采用生长形态法与封端法辅助切面法同步计算的β-HgI_2晶体(001)、(110)、(111)、(020)和(021)的Eahtktl结果相同,说明封端法辅助切面法可以用于计算α-HgI_2晶体Eahtktl.

亚稳β-HgI_2晶体形貌预测与研究

为研究亚稳β-HgI_2晶体形貌,采用Material Studio(MS)软件,通过BFDH模型计算了亚稳β-HgI_2晶体形貌,发现其晶面重要性为(001)>(110)>(111)>(010)>(021)>(112);考虑到生长环境对晶体习性的微观影响,建立了主要晶面的六种不同生长速率比下的晶体模型,研究了晶体在生长过程中可能出现的习性;采用溶剂蒸发法,以α-HgI_2为原料,以DMSO和HI分别为溶剂,生长了菱形和四方形的亚稳β-HgI_2晶体;晶体形貌与模拟结果基本一致,表明微观环境变化会影响晶体习性.

HgO-HI-H_2O体系中碘化汞(HgI_2)结晶形貌研究

通过氧化汞(HgO)在氢碘酸(HI)溶液中反应实验,研究了HgO-HI-H2O生长体系中反应物浓度的变化对最终Hg I2结晶形貌的影响。采用岛津UV-2550紫外可见分光光度计分析了反应体系中离子及配合物的种类;采用LEICA-DM2500P偏光显微镜观察了结晶物质的的宏观生长形貌;利用盒计数法定量表征了Hg I2结晶物在衬底表面的覆盖度。结果表明,体系中存在[Hg I3]-和[Hg I4]2-两种配合物;随着生长体系浓度(Hg I2析出速率)的变化,Hg I2出现了两种结晶形貌。分析认为,高溶质浓度体系容易形成四方形晶粒,生长形貌主要受晶体结构因素影响;低浓度体系容易形成密枝晶,其形貌主要受分子扩散动力学因素控制。

HgI_2在KI水溶液中溶解度测定及晶体生长

通过测定不同温度下Hg I2在浓度分别为0.25 mol/L,0.50 mol/L,0.75 mol/L,1.00 mol/L的KI水溶液中的溶解度,绘制了溶解度曲线。结果表明:KI水溶液浓度一定时,温度对Hg I2在KI溶液中的溶解度影响很小;温度一定时,随着KI水溶液浓度增大,Hg I2的溶解度大幅度增大;随着KI水溶液浓度的增大,温度对Hg I2在KI水溶液中的溶解度变化的影响增大。根据所得到的Hg I2-KI-H2O体系性质,选取1.00 mol/L的KI水溶液溶解碘化汞,通过缓慢降温,利用顶部籽晶法生长碘化汞晶体,得到了重达17.4 g的鲜红透明的晶体。