三种马来酸氢长碳链酯类软X射线分光晶体生长、性能及结构的研究

论文摘要

马来酸氢十四酯（THM）、马来酸氢十六酯（HHM）、马来酸氢十八酯（OHM）晶体是同一系列的马来酸氢长碳链酯类软X射线分光晶体。这一类晶体具有衍射强度高，分辨率高，易于加工等特点，并且晶面间距随着碳链长度增加而增大。论文从晶体习性出发，讨论三种晶体的生长规律、成核速率以及生长机制等性能的关系，以提高晶体生长质量，这对于探索和研究其他高衍射性能的软X射线有机分光晶体有较好的指导作用。本论文用等摩尔比的马来酸酐和相应的醇合成了THM、HHM和OHM原料，并对原料进行多次重结晶，得到高纯度的产品。通过红外（IR）分析、X射线衍射分析（XRD）和热分析（DSC）的表征，确定晶体生长原料的基本物理化学性质。通过结晶性实验，对比三种晶体结晶习性，确定晶体最佳生长溶剂是苯。采用降温法生长单晶，分别生长出THM、HHM和OHM单晶。实验还进行了三种晶体过饱和溶液的成核研究，测定不同过饱和状态下其过饱和溶液的成核诱导时间，讨论了温度和过饱和比对成核速率的影响。根据经典均匀成核理论计算得出晶体的成核动力学参数。结果表明，三种晶体在低的温度范围（25-28℃）、较小过饱和度下生长有利于克服溶液自发成核倾向大的问题。—晶体结构解析表明三种晶体结构相似，同属三斜晶系，空间群为P1。三种晶体通过分子中羧基聚合形成二聚体分子，构成生长结构基元。随着碳链长度的增加，其晶体内部的晶面间距依次增大，生长基元进入晶格位置的阻力也相应增大，生长大尺寸单晶体越来越难。动力学采用动态循环体视显微观察法测定了（03—1）和（11—1）晶面的生长速率。结果表明三种晶体的晶面生长速率随着碳链长度的增加而减小，以THM的生长速率最快，HHM次之，OHM最慢。这与晶体结构解析相一致，碳链以分子之间结合力的a, c轴方向上生长速率较快，而以末端烷基结合的b轴方向上则不易生长。运用水溶液晶体生长理论初步解释了晶体生长过程中存在的现象，有助于晶体的生长研究。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 引言
• 1.1 X 射线分光晶体的应用
• 1.2 软 X 射线分光晶体的研究概述
• 1.2.1 软 X 射线分光晶体研究的重要性
• 1.2.2 分光晶体结构和性能要求
• 1.3 分光晶体的特性
• 1.3.1 波长色散原理
• 1.3.2 衍射强度
• 1.3.3 色散率
• 1.3.4 峰背比和晶体发射
• 1.3.5 峰值半高宽
• 1.3.6 热膨胀效应
• 1.3.7 其他特性
• 1.4 分光晶体的分类
• 1.5 软 X 射线分光晶体的研究进展
• 1.6 本论文工作内容
• 第二章 晶体生长原料的合成与表征
• 2.1 实验仪器及化学药品
• 2.1.1 主要实验仪器
• 2.1.2 主要实验试剂
• 2.2 THM、HHM、OHM 原料合成及纯化
• 2.2.1 原料合成反应方程式
• 2.2.2 THM、HHM、OHM 原料的合成及纯化
• 2.3 原料表征
• 2.3.1 红外光谱分析
• 2.3.2 XRD 分析
• 2.3.3 热分析
• 2.4 结果与讨论
• 第三章 晶体生长
• 3.1 生长溶剂的选择
• 3.2 结晶性实验
• 3.3 溶解度的测定
• 3.3.1 溶解度测定方法
• 3.3.2 数据记录与处理
• 3.4 晶体生长
• 3.4.1 生长装置
• 3.4.2 籽晶的培养
• 3.4.3 溶液的处理
• 3.4.4 大尺寸晶体的生长
• 3.5 晶体生长宏观缺陷
• 3.6 结论
• 第四章 过饱和溶液的成核研究
• 4.1 饱和溶液及亚稳区
• 4.2 成核理论
• 4.2.1 经典均匀成核理论
• 4.2.2 非均匀成核理论
• 4.3 研究目的及意义
• 4.4 介稳区的测定
• 4.5 三种晶体摩尔体积的测定
• 4.6 过饱和溶液成核诱导期的测定
• 4.6.1 测定方法
• 4.6.2 实验结果
• 4.6.3 成核机制
• 4.6.4 动力学参数的计算
• 4.7 结果与讨论
• 本章符号说明
• 第五章 晶体结构
• 5.1 拉曼分析
• 5.2 核磁分析研究
• 5.3 THM 单晶结构测定
• 5.3.1 X-射线衍射实验
• 5.3.2 晶体结构数据
• 5.4 结果分析
• 第六章 晶体生长动力学
• 6.1 生长动力学简介
• 6.2 晶体生长形态分析
• 6.3 实验
• 6.3.1 实验装置
• 6.3.2 实验数据
• 6.3.3 生长机制分析
• 6.4 结果与讨论
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历