能弹性地承受较大的应变而无永久变形。试 验证明，晶须经4%的应变还在弹性范围内， 不产生永久形变，而块状晶体的弹性变形范 围却小于0.1%。 具有相当大的长径比。晶须的横断面多具有 六角形、斜方形、三角形或薄带形, 不同于 玻璃纤维或硼纤维具有圆形横断面, 大大增 加了长径比，其长径比都在30 以上，能满足 增强塑料、防火板材对长径比(大于30)的要 求, 使复合材料获得很高的强度和性能。 无疲劳效应。晶须没有明显的疲劳特征, 即 使被磨成粉末、切断, 其强度也不受损失。
莫来石
Sn h-BN
热处理法
自发反应 热处理法
1250
室温 1500-2100
Sn h-BN，N2
晶须的气-液-固生长机制(VLS)

Байду номын сангаас
与VS机制不同，气-液-固生长机制(VLS机 制，V代表气体原料，L为液体触媒，S为 固体晶须)认为，除反应生成的晶须材料外， 在基底上存在的触媒对晶须的生长起着关 键的作用。合适的触煤能够与体系中的其 他组分形成低熔共晶，在晶须生长的温度 下容易形成触煤液滴；触媒液滴吸收气相 晶须材料反应组分，当晶须材料组分在液 相中的溶解度达到饱和后，就会在基底的 LS界面沉积、析出并最后长大成晶须。

(2) 良好的相容性 晶须的尺寸细微, 不影响复合材料成型流动 性，接近于无填充的树脂。晶须可以在高 分子基体中分布得很均匀, 可以使极薄、极 狭小甚至边角部位都能得到增强填充。

(3) 优良平滑性及化学稳定性 晶须增强工程塑料膨胀系数及成型收缩率 小，有极高的尺寸精度和光洁的平滑表面, 远远超过碳纤维和玻璃纤维增强材料制品。 (4) 再生性能好 用晶须增强的复合材料有良好的重复使用 性。实验表明：添加晶须的复合材料经多 次加工，热稳定性好，力学性能变化也不 大, 再生循环使用性能好。
新型无机材料
低维材料（二） 一维材料
赵永男 教授
一维材料是指各种晶须及纤维材料。 目前最活跃的一维材料有一维纳米材料、 光导纤维、碳纤维以及碳化硅晶须等。 一维纳米材料在介观领域和纳米器件研制 方面有着重要的应用前景，光导纤维是最 有生命力的信息传输材料。 碳纤维是复合材料的主要原料，碳化硅晶 须是陶瓷基、树脂基、金属基复合材料的 增强体，受到人们的高度重视，并研制出 满足微电子学、信息、宇航等领域需要的 各种一维材料。
硫酸钙
碳化硅
镁盐晶须
钛酸钾
晶须硅
Tetrapod氧化锌

多晶纤维与晶须的区别主要是多晶与单晶 的区别,多晶是由多个单晶晶粒组成的晶体， 在其晶界处的颗粒间的晶体学取向彼此不 同，其周期性与规则性也在此处受到破坏。
由于晶体结构完整，晶须不仅具有异乎寻 常的力学性能，而且在电学、光学、磁学、 铁磁性、介电性、传导性、甚至超导性等 方面皆发生显著变化。因此，对晶须的研 究和开发受到高度重视。 20世纪60年代就已开发了近百种晶须实验 品，包括金属、氧化物、碳化物、氮化物、 卤化物等。
按VS机制生长的部分晶须
晶须种类
Al2O3 β-SiC 莫来石 莫来石
制备方法
AlF3水解法 碳热还原法 气相法 溶胶-凝胶法
原料
AlF3, H2O C，高岭土 Al2O3, AlF3
铝硅干凝胶，AlF3 铝硅玻璃，AlF3
生长温度/Co
1400 1300-1700 1150-1700 1100-1250

晶须的生长机制
晶须作为一种特殊的细小纤维状的单晶体， 生长机制有其独特性。通常，晶须的生长 过程包括孕育期、生长期和终止生长期三 个阶段。 各种晶须生长机制中，气固机制和气液固 机制是比较常见的两种。同时，晶须的生 长机制与其制备方法之间并不是互不相干、 彼此独立的，而是有着密切的联系。对同 一种生长机制，可能存在着几种制备方法， 对同一种制备方法也可能存在着几种生长 机制。

晶须

晶须是在人工控制条件下，以单晶形式生长 成的一种短纤维，其直径非常小(0.1至几微 米)，以致难以容纳大晶体中常出现的内部 缺陷，原子排列高度有序，晶体结构近乎完 整，不含有晶粒界、亚晶界、位错、空洞等 晶体结构缺陷，因而强度接近于完整晶体的 理论值。
英文名称：crystal whisker 历史 数百年前：银晶须（大英博物馆陈列） 1948年：铜晶须（贝尔研究所发现，引起 电路短路） 最近二十多年：推测出晶须为接近单晶结 构，而具有非常高的强度与弹性模量，从 而可用于复合材料。

晶须的气-固生长机制
晶须的气--固生长机制(VS机制)又称为位错 机制，是通过气--固反应形核并长成晶须的 过程。是一种经常采用的晶须生长机制。 按照VS机制，晶须的生长首先要满足如下 几个条件：① 氧化或活化气氛；② 含有细 小触媒形核剂；③ 位错的柏氏矢量需与晶 须的轴向平行。


符合上述条件后，在晶须的生长温度下触 媒形核剂吸附氧化或活化气氛中的晶须材 料组分，使其沉淀析出；随晶核进一步的 生长或分解，当达到某一临界值时，晶核 受到应力的作用而稳定地沿着位错的柏氏 矢量方向生长成晶须。

晶须在按VS机制生长的实际过程中，除了 化学反应条件和晶须材料的选择对晶须的 生长有很大的影响外，气相反应物的过饱 和度也起着重要作用。气相反应物的过饱 和度较低时容易生成晶须；过饱和度中等 时会形成枝状、片状或晶须与晶粒的混合 物；过饱和度过大时则不会生成晶须。因 此采用该机制制备晶须时，对气相反应物 的过饱和度需严格控制。

用晶须增强的复合材料具有优异的耐磨损、 滑动性、高的绝缘性及显著的力学增强性 能，成为复合材料领域中的一个重要分支 及最为活跃的研究方向之一。 有机化合物晶须、金属晶须和陶瓷晶须三 类。其中陶瓷基晶须的强度和耐热性均优 于其他两类，故具有更大的工业应用价值。

晶须的特点
(1) 优良的力学性能 机械强度高。晶须作为细微的单晶体, 内部 结构十分完整。具有非常坚韧的性质, 其抗 张强度为玻璃纤维的5--10 倍, 比硼纤维有 更好的韧性。 耐高温性。晶须具有不会引起高温滑移的 完整性, 温度升高时, 晶须不分解、不软化, 其强度几乎没有损失。这个特性使其在防 火材料中的应用成为可能。