Cr2GaC表面自发生长Ga晶须尺寸调控文献综述

1. 文献综述（或调研报告）：
2. 晶须的生长机制

晶须生长具有的位置随机性和形貌复杂性使得晶须生长机制的研究不易开展，同时，在不同金属合金上都有晶须的生长现象增加了理论研究的难度。目前，根据不同基体组织和生长环境提出的生长机制有数十种，本文主要论述位错机制、压应力机制、再结晶机制、活性原子机制和基于催化反应的晶须生长机制。

• 1. 位错机制

位错机制是最早被提出的解释晶须生长行为的机制，其观点经历了从顶部生长的螺位错延伸机制到扩散控制的根部位错生长机制，再到位错源在负表面张力作用下产生的位错环攀移成为晶须的过程²。然而，位错机制的种种经历都无法解释晶须的复杂生长行为。

螺位错延伸机制认为金属表面存在的螺位错使得原子不断在顶端积聚形成晶须，但实际上晶须的生长行为是从底部开始。随后的根部位错生长机制认为表面下的刃型位错钉扎在螺位错上不断滑移造成晶须的生长，其中原子的扩散为晶须生长提供来源，而位错滑移的驱动力通常是外界施加的压力。然而，观察中并没有找到所谓能够开动产生晶须的位错源，同时晶须也并不完全与基体组织相连贯，晶须的生长方向也并不是位错的滑移方向。在结构完好组织均匀的材料表面同样发现晶须的生长现象进一步否定了位错机制的合理性。在此基础上，基于压应力的生长机制被提出。

• 1. 压应力机制

压应力机制认为镀层晶须的生长的行为是残余应力释放的结果³，压应力是诱发锡晶须生长的主要原因。压应力的来源有很多，如界面化合物的生长，热膨胀系数的不匹配，机械应力、氧化腐蚀、电迁移等等。晶须表面观察到的纵向凹槽被认为使应力挤出的结果，而目前工业用热处理作为抑制晶须生长的主要方法似乎也证明压应力对晶须生长确实具有影响。但按照应力机制的理论，晶须生长时应力释放的结果，那么应力释放完毕晶须的生长的行为就会停止，然而晶须生长行为的另一特征——孕育期却与应力机制的理论并不相符。

尽管压应力机制受到挫折，但应力对晶须生长行为的影响的确被广泛研究所接受，其他晶须生长机制中同样认可压应力的作用。比如氧化膜破裂机制，在压应力机制的基础上认为合金或其他材料表面存在氧化膜，而金属原子迁移至表面使得氧化膜下层存在应力梯度，一旦氧化膜因为某种原因产生破裂就会导致应力梯度的释放，进而推动晶须的生长。应力或许不是导致晶须生长的根本原因，但应力作为晶须生长的主要驱动力却已经被广泛认可。

• 1. 再结晶机制

再结晶机制实质上就是金属晶粒再结晶长大过程，这一机制的提出多基于低熔点金属如锡等。

该机制认为金属晶粒在表面某些位置形核后，金属原子从周围基体通过晶界到达晶粒处再结晶。而基体中的缺陷导致晶粒无法进一步长大，因此会积蓄应变能，当应变能足够大时，就能推动晶须的生长。这一理论结合了位错与压应力机制的部分思想，但缺乏实验依据，尚未有人能够观察到低熔点金属在室温下的再结晶现象，而往往这些金属在室温下却能够自发生长晶须。此外，按再结晶机制的思想，升高温度会促进再结晶行为，但实际中升高温度对晶须生长所起作用并非一味的促进作用。

尽管再结晶机制没有得到实验依据，但金属晶粒再结晶形核长大的思想依然被以后的各种机制借鉴以解释个人发现的独特现象。

• 1. 活性原子机制

在无铅化运动之后，寻找能够代替铅作为抑制晶须生长的元素成为研究方向。随后，掺杂稀土元素的合金表面上特殊的晶须生长行为引起关注，并在此基础上提出活性原子诱发晶须的机制。

活性原子机制的观点认为合金元素中存在某些元素如稀土元素亲和氧的能力强，因此会在氧和金属化合物反应中置换出金属原子，通常这类金属原子具有较高的化学势，为了降低化学势，金属原子不断聚集形核并最终形成根部具有化学势梯度的晶须突起，化学势梯度是晶须生长的主要驱动力⁴。