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本论文的研究目标在于探索无机氧化物材料的结晶物理化学本质,并以六方晶胞氧化物ZnO、A1203为例,从元素组成到晶体结构预测,从结晶学结构到各向异性生长再到大尺寸单晶生长等进行了较为详细的热力学计算和实验研究。具体工作如下：从结晶学结构的角度,研究了Zn1-xBexO(x=0-1)合金相中合金组成决定的结构特征。利用金属-氧键的键长确定了合金相中原子的相对位置。相对原子位置和等价的阳离子位置表明Zn1-xBexO(x=1-1)合金相具有纤锌矿结构。计算了Zn1-xBexO(x=0-1)合金相的晶胞参数、晶胞体积、XRD谱图中特征峰的2θ角,和实验观测结果相一致。将该研究方法推广至Cd1-xCaxO(x=0-1)合金相的结构预测中,计算结果和实验结果吻合。目前的工作为研究同结构的Ⅱ-Ⅵ合金相的结构特征提供了有效的结晶学研究途径。从结晶学结构出发,通过Zn-O键长定量关联了ZnO的各向异性形貌和颗粒尺寸,建立了键长-颗粒尺寸-各向异性形貌之间的定量关系,研究了纳米尺度范围内ZnO形貌的转变机制。热力学上,当颗粒尺寸小于2.94nm时,ZnO倾向于形成六角锥状纳米结构；当颗粒尺寸小于3.60nm时,ZnO倾向于形成纳米棒；当颗粒尺寸大于3.15nm时,ZnO倾向于形成铅笔状微/纳结构；当颗粒尺寸大于3.92nm时,ZnO倾向于形成截顶铅笔状微/纳结构,和实验结果相吻合。此外,建立了ZnO的纳米团簇尺寸-各向异性形貌之间的定量关系。纳米团簇的三维尺寸决定了团簇的各向异性化学键合能量密度,利用团簇的各向异性化学键合能量密度能够定量计算ZnO单晶的各向异性形貌。当ZnO纳米团簇沿a(b)轴的尺寸从0.33nm增大至1.95nm时,ZnO形貌从六棱柱状演变到线状；当ZnO纳米团簇的尺寸沿c轴从0.52nm增大至3.13nm时,ZnO形貌从六棱柱状演变到板状。通过调节表面Zn-O键的键长以及ZnO团簇的尺寸可以为系统调控ZnO纳米结构提供理论方案。将结晶学结构和热力学形貌应用在提拉生法长大尺寸蓝宝石的熔体/晶体界面轮廓中。蓝宝石晶体结构中A106八面体共棱和共面的连接方式导致氧空位的出现。沿[001]方向提拉生长蓝宝石晶体时,平行于提拉方向的{100｝、{110｝和{h10｝表面的同时暴露导致熔体/晶体界面轮廓沿[001]方向的投影呈现圆形。最后,利用提拉法生长沿[001]方向生长2英寸的蓝宝石晶体,生长速率可达72mm/day,等径尺寸为φ55mm×210mm,晶体外形沿提拉方向的投影为圆形。