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■ 神奇晶體“長(zhǎng)”出來(lái)

　　陶教授在介紹“中國(guó)晶”的時(shí)候，經(jīng)常用“長(zhǎng)”這個(gè)詞。為什么叫長(zhǎng)晶體呢？

　　他解釋說(shuō)，我們做晶體，首先要下“種子”。開個(gè)玩笑，就像生小孩兒一樣，要有個(gè)種子。還可以說(shuō)個(gè)形象的比喻，類似于長(zhǎng)珍珠，珍珠要在貝里下個(gè)東西，才能長(zhǎng)出來(lái)。我們也要下種子，從一小點(diǎn)點(diǎn)兒，慢慢地讓它生長(zhǎng)，越來(lái)越大，就是一個(gè)長(zhǎng)晶體的過(guò)程。

　　晶體對(duì)于我們，就像有生命似的。長(zhǎng)出一個(gè)大的晶體，時(shí)間是很長(zhǎng)的。我們的大晶體，要生長(zhǎng)一年半左右。俗話說(shuō)，十月懷胎一朝分娩。我們的晶體要長(zhǎng)18個(gè)月!比母親孕育一個(gè)嬰兒的時(shí)間還長(zhǎng)。我們長(zhǎng)出的最大晶體有800公斤重。

　　天然晶體是在特殊地質(zhì)條件下慢慢長(zhǎng)大的。包括天然的金剛石、水晶及各種寶石。物以稀為貴，天然的東西總歸少啊。如果工業(yè)運(yùn)用是不行的，要靠人工的方法生長(zhǎng)。金剛石是非常好的晶體，非常貴，用克拉來(lái)計(jì)算……工業(yè)上的金剛石，都是用人工方法生長(zhǎng)的。比如石油鉆井的鉆頭，都用金剛石，因?yàn)樗亲钣驳牟牧稀?/p>

　　晶體的生長(zhǎng)，下了種子，還要給它創(chuàng)造一個(gè)人為的生長(zhǎng)環(huán)境。生長(zhǎng)環(huán)境非常重要。晶體生長(zhǎng)，一個(gè)靠科學(xué)，一個(gè)靠技術(shù)。就像人才的成長(zhǎng)，需要合適的環(huán)境。如果沒有好環(huán)境，肯定長(zhǎng)不出好的晶體。

　　晶體生長(zhǎng)是一門綜合交叉學(xué)科，涉及物理、化學(xué)、材料、機(jī)械、自動(dòng)控制等眾多學(xué)科。生長(zhǎng)晶體有不同的方法，有的是從水溶液里面長(zhǎng)，有的是從高溫的熔體里面長(zhǎng)等。

　　我們用助熔劑生長(zhǎng)KTP晶體，這個(gè)方法開創(chuàng)了用高溫溶液產(chǎn)業(yè)化生長(zhǎng)晶體的先河。

　　晶體的生長(zhǎng)環(huán)境是在晶體生長(zhǎng)爐里面實(shí)現(xiàn)的。以前，我們的晶體生長(zhǎng)爐是半自動(dòng)化的，需要人工控制，24小時(shí)盯著，十分辛苦。最近幾年，我們?cè)谧灾餮兄葡冗M(jìn)晶體生長(zhǎng)設(shè)備方面也取得了重要進(jìn)展。研發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的晶體生長(zhǎng)爐。這種爐子非常好用，它的爐膛內(nèi)徑達(dá)1米，具有紅外實(shí)時(shí)測(cè)溫、真空與非真空(流動(dòng)氣氛)有效切換、高精度晶體提拉控制等特點(diǎn)。用自主研制的設(shè)備，我們長(zhǎng)出了在國(guó)際上尺寸領(lǐng)先的激光晶體。爐子的軟件也是我們自己設(shè)計(jì)的。國(guó)外的爐子自動(dòng)化程度很高，就像傻瓜相機(jī)一樣，種子放進(jìn)去，就開始長(zhǎng)晶體了，中間不能干涉它，不管長(zhǎng)得好壞，它就這樣了。我們的爐子的特點(diǎn)是自動(dòng)和手動(dòng)相結(jié)合，需要自動(dòng)就自動(dòng)，需要手動(dòng)就手動(dòng)。可以加上人的意志，我可以控制它的生長(zhǎng)。這里有我們創(chuàng)新的技術(shù)。

　　■ 前景絢麗妙無(wú)窮

　　我說(shuō)，作為普通讀者，在為“中國(guó)晶”而自豪的同時(shí)，還想了解晶體的應(yīng)用推廣給我們的生活帶來(lái)哪些影響？以及未來(lái)的世界將可能發(fā)生哪些變化？

　　陶教授說(shuō)，這方面的事例太多了。材料是基礎(chǔ)。一旦一代新材料成功，一代新的器件就產(chǎn)生了，甚至引起產(chǎn)業(yè)革命。比如，單晶硅是現(xiàn)代工業(yè)的基礎(chǔ)，幾乎全部集成電路都是在單晶硅上完成的。以前的計(jì)算機(jī)，體積非常大，運(yùn)算速度卻很慢?，F(xiàn)在，“筆記本”夾著就走?，F(xiàn)在一個(gè)小小的U盤，頂過(guò)去多少?gòu)圓盤？電視也一樣，以前29口寸的電視你抱不動(dòng)，現(xiàn)在46口寸液晶的，一提就走了，還能掛在墻上。將來(lái)，基于深紫外激光的微細(xì)加工技術(shù)、基于晶體或光纖的高功率激光、基于藍(lán)寶石的LED、基于閃爍晶體的醫(yī)療器械和輻射探測(cè)設(shè)備、基于晶型控制的藥物設(shè)計(jì)和蛋白質(zhì)結(jié)晶以及基于人工設(shè)計(jì)的準(zhǔn)晶和納米晶體的不斷涌現(xiàn)，將影響我們生活的方方面面。

　　核電站會(huì)更安全

　　日本大地震導(dǎo)致核泄漏，讓世人驚恐。還有前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站事故，像弄了顆原子彈，危害非常大。一旦出了問(wèn)題，就不可控制。

　　我們國(guó)家的“神光”工程，其中的一項(xiàng)，就是用很強(qiáng)的激光來(lái)控制核聚變。用多束極強(qiáng)的激光集中到一點(diǎn)，射擊靶材料，溫度可超過(guò)一億度。它會(huì)產(chǎn)生非常巨大的能量。這個(gè)問(wèn)題解決以后，可以為人類提供源源不斷的潔凈能源。只要一點(diǎn)點(diǎn)核原料，就能滿足我們的需求。一旦獲得成功，能源就不成問(wèn)題了。因?yàn)楹Ｋ锏碾浅６?，只要一點(diǎn)點(diǎn)，產(chǎn)生的能量就非常巨大，而且很安全。

　　現(xiàn)在核電站用的是核裂變的方法，核裂變的過(guò)程會(huì)產(chǎn)生輻射，它的危險(xiǎn)就在這里。日本大地震后的核危機(jī)，問(wèn)題就在核輻射。如果這個(gè)技術(shù)解決了，人類就不會(huì)為核電站的安全擔(dān)憂了。因?yàn)樗脑硎窍喾吹?，那個(gè)是裂變，這個(gè)是復(fù)合到一起的核聚變。核聚變不會(huì)產(chǎn)生輻射。

　　為什么要用我們的晶體呢？因?yàn)椋F(xiàn)在常用的激光波長(zhǎng)在紅外區(qū)，用它時(shí)靶材不吸收，必須用短波長(zhǎng)的光。通過(guò)我們的晶體材料變頻，把它變成短波長(zhǎng)激光，才能被靶材吸收。就像我們?cè)诤┗蚵短?，有太?yáng)的紫外線照射，如果我們的皮膚不吸收光，身體就不會(huì)發(fā)熱。它吸收了，才會(huì)感到熱。簡(jiǎn)單地說(shuō)，我們的晶體就是把眼睛看不見的紅外光，變成看得見的光及紫外光。還有，我們不能到大氣中做核試驗(yàn)，但是，可以通過(guò)激光模擬核試驗(yàn)……這是一個(gè)大工程，我們只是為它提供關(guān)鍵的那個(gè)材料。

　航天航空顯身手

　　“天宮一號(hào)”升天，成功實(shí)現(xiàn)交會(huì)對(duì)接，我們將會(huì)有中國(guó)人的空間站。太空的輻射非常強(qiáng)，航天器高速飛行時(shí)與大氣摩擦產(chǎn)生非常大的熱，因此，航天器用的一些材料需要抗輻射，耐高溫等。氧化鋯的熔點(diǎn)非常高，抗輻射，但氧化鋯長(zhǎng)纖維非常難做。山東大學(xué)晶體材料研究所及晶體材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室以“十年磨一劍”的精神，使氧化鋯長(zhǎng)纖維實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。

　　陶教授激動(dòng)地說(shuō)，你看看，這就是氧化鋯長(zhǎng)纖維，像棉花一樣。我們以這些纖維為基礎(chǔ)，加工了各種形狀的氧化鋯型材。它能抗輻射、耐高溫，是航天航空不可或缺的材料。

　　還有，隨著武器裝備的更新?lián)Q代，多功能復(fù)合的光電窗口及器件的需求越來(lái)越大。多光譜窗口和整流罩是這些技術(shù)的關(guān)鍵部件，它既要保證光電傳感器的光學(xué)性能，以確保其成像質(zhì)量，又要保護(hù)傳感器及其光電裝置不被外界環(huán)境損傷。藍(lán)寶石晶體具有優(yōu)良的機(jī)械、光學(xué)和熱學(xué)性能，是各種窗口和整流罩的理想材料。

　　環(huán)境治理前景廣

　　能源與環(huán)境治理是人類面臨的兩大難題。除了通過(guò)激光核聚變來(lái)解決能源之外，在解決環(huán)境污染問(wèn)題上，晶體材料已經(jīng)發(fā)揮了積極作用，其前景很廣闊。

　　環(huán)境問(wèn)題，包括水系的污染，污水的處理，還有垃圾等各種污染物的處理。新型光催化材料，在可見光照射下，可以讓污染物降解。比如，有機(jī)的污染物，能被降解成小分子化合物，實(shí)現(xiàn)無(wú)毒化處理。

　　它還可以分解水，把水分解成氫氣和氧氣，這都是好東西啊。現(xiàn)在，我們的污水處理成本很高，推廣困難。如果用光催化材料，初期成本可能會(huì)高一些，但實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)后，成本會(huì)大大降低。

　　山東有許多鹽礦，伴生著很臭的硫化物，鹽水出來(lái)以后太臭了。老百姓有意見，有的鹽礦被迫停產(chǎn)。我們重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室把納米晶體運(yùn)用到鹽礦污染治理，用光催化技術(shù)，解決了臭的問(wèn)題，使停產(chǎn)的鹽礦又充滿了生機(jī)。

　　無(wú)所不在“中國(guó)晶”

　　晶體材料的應(yīng)用可謂無(wú)處不在，就在我們的生活里。比如，它用在手機(jī)的濾波器上，不然，手機(jī)就有各種雜音。我們檢測(cè)用的正電子發(fā)射斷層掃描儀，關(guān)鍵部件就是閃爍晶體。我們隨處可見的汽車的轉(zhuǎn)向燈、尾燈、霓虹燈，一閃一閃的，用的都是發(fā)光二極管，大部分都要在藍(lán)寶石晶體上制作。液晶顯示屏本身是不發(fā)光的，它需要一個(gè)背景光源，需要白光LED，這項(xiàng)技術(shù)我們搞了20多年，使我國(guó)半導(dǎo)體發(fā)光器件終于有了“中國(guó)芯”。將來(lái)的激光電視，更離不開晶體。

　　天黒看不見東西，用紅外可以看見，還有一些環(huán)境的監(jiān)視、紅外探測(cè)、紅外攝像。比如，工業(yè)檢測(cè)的時(shí)候，溫度很高，不能用人去看，要用紅外線探測(cè)，電路板有沒有短路？可以用紅外探測(cè)，其關(guān)鍵部件是紅外晶體。

　　開關(guān)大家都知道，有機(jī)械開關(guān)、電開關(guān)。這類開關(guān)的速度很慢。如果用光開關(guān)，光的頻率很高，開關(guān)速度非?？?。在關(guān)的狀態(tài)下，瞬間打開，就容易得到高功率密度的激光。

　　現(xiàn)在，世界上許多國(guó)家都在做激光武器。美國(guó)用激光武器打無(wú)人機(jī)，還作為反導(dǎo)武器，導(dǎo)彈在飛行過(guò)程中，就可以被打下來(lái)。因?yàn)楣獾乃俣确浅？欤瑢?dǎo)彈的飛行速度相對(duì)光來(lái)說(shuō)是非常慢的，因此，激光可以摧毀導(dǎo)彈。激光武器需要很好的晶體材料。目前的激光武器，功率比較高的是氣體激光，但氣體激光的體積非常大，這個(gè)東西，用起來(lái)非常不便，所以需要固體激光武器，體積就可以小得多。就像液體燃料火箭和固態(tài)燃料火箭，液體的就大，不方便。

　　激光還可以用在防暴武器上，就是眩暈，這個(gè)光很亮，又避免把眼睛打瞎，瞬間讓犯罪分子眩暈，瞬間致盲，失去攻擊能力。這是新型的警用武器，用的就是“中國(guó)晶”。

　　非線性光學(xué)晶體的一個(gè)重要性能是改變激光的波長(zhǎng)。物理學(xué)規(guī)律告訴我們，波長(zhǎng)每縮短一倍,存儲(chǔ)的密度就會(huì)增加4倍。隨著集成電路器件密度增加，器件的線度越來(lái)越小，隨之制作集成電路的光刻技術(shù)要求光的波長(zhǎng)越來(lái)越短。利用非線性光學(xué)晶體的倍頻效應(yīng)是產(chǎn)生短波長(zhǎng)的重要方法。國(guó)際上看好KBBF“中國(guó)晶”,認(rèn)為它可能成為新一代光刻系統(tǒng)中準(zhǔn)直部分的優(yōu)選光源。

　　“中國(guó)晶”正在向世界展示它絢爛的光彩。