Anwendungen von “Kristallmaterialien”
Anwendungen von “Kristallmaterialien“
Kristall kann die Wechselwirkung und Umwandlung von Elektrizität realisieren, Magnetismus, hell, Klang und Kraft, usw. Es ist ein unverzichtbares und wichtiges Material für die Entwicklung moderner Wissenschaft und Technologie. Die Notwendigkeit für die Entwicklung von Wissenschaft und Technologie hat somit die Entwicklung von Intraokularlinsen vorangetrieben.
Insbesondere aufgrund der rasanten Entwicklung der Festkörpermikroelektronik, eine große Auswahl an Kristallmaterialien werden benötigt, einschließlich Halbleiterkristalle, Laserkristalle, Szintillationskristalle, optische Kristalle, superharte Kristalle, Isolierkristalle und piezoelektrische Kristalle.
Die Grenzen der Entwicklung der Materialwissenschaften sind eng mit neuen Technologien wie dem Weltraum verbunden, Elektronik, Laser, neue Energieentwicklung, und Biomedizin. Die Arten und Anwendungen von Kristallmaterialien sind extrem breit. Im Folgenden werden einige gängige Kristallmaterialien und ihr Anwendungsbereich kurz vorgestellt.
Halbleiterkristalle sind die wichtigsten Grundrohstoffe für die Halbleiterindustrie. Aus der Perspektive der Breite und Bedeutung der Anwendungen, Es nimmt die erste und wichtigste Position in kristallinen Materialien ein.
Halbleiterkristalle werden seit den 1950er Jahren entwickelt. Die erste Generation repräsentativer Halbleitermaterialien: Germanium (Ge) Einkristalle und Silizium Einzelkristalle (Und), die aus verschiedenen Dioden bestehen, Trioden, Feldeffekttransistoren, SCR und Hochleistungsröhre, usw.
Die rasante Entwicklung integrierter Schaltkreise von nur einem Dutzend Einheitsschaltkreisen zu ultragroßen integrierten Schaltkreisen mit Tausenden von Komponenten hat die rasante Entwicklung des Mikroelektronikbereichs mit integrierten Schaltkreisen ausgelöst (ICs) als Kern, und die Arbeit integrierter Schaltkreise erheblich verbessert. Gleichzeitig, die kosten werden reduziert. Dies wiederum fördert die breite Anwendung integrierter Schaltkreise in der Weltraumforschung, Atomwaffen, Raketen, Radar, elektronische Computer, militärische Kommunikationsausrüstung und zivile Nutzung.
Bei den Halbleitermaterialien der zweiten Generation handelt es sich um Verbindungshalbleiter auf Basis von Galliumarsenid (GaAs), Indiumantimonid (InSb), und Indiumphosphid (InP), die hauptsächlich zur Herstellung von Hochfrequenzen verwendet werden, elektronische Hochgeschwindigkeits- und Hochleistungsgeräte.
Es wird häufig in der Satellitenkommunikation eingesetzt, Mobilkommunikation und optische Kommunikation. GaAs- und Indiumphosphid-Halbleiterlaser sind zu Schlüsselgeräten in optischen Kommunikationssystemen geworden, und GaAs-Hochgeschwindigkeitsgeräte haben auch neue Industrien für optische Fasern und mobile Kommunikation eröffnet.
Die Rohstoffe von GaAs, InP und andere Verbundmaterialien sind knapp und müssen durch Synthese hergestellt werden. Der Preis ist relativ hoch, und sie sind schädlicher für die Umwelt, Dies erschwert eine weitverbreitete und begrenzte Nutzung, und nach und nach durch Halbleitermaterialien der dritten Generation ersetzt.
Bei den Halbleitermaterialien der dritten Generation handelt es sich hauptsächlich um Halbleitermaterialien mit großer Bandlücke, die durch Siliziumkarbid repräsentiert werden (SiC), Galliumnitrid (GaN), Zinkoxid (ZnO), Diamant, und Aluminiumnitrid (AlN).
Im Vergleich zu den Halbleitermaterialien der ersten und zweiten Generation, Die Halbleitermaterialien der dritten Generation weisen eine große Bandlücke auf, hohes elektrisches Durchschlagsfeld, hohe Wärmeleitfähigkeit, hohe Elektronensättigungsrate und höhere Strahlungsbeständigkeit.
daher, Es eignet sich besser für die Herstellung von Hochtemperaturprodukten, Hochfrequenz, strahlungsbeständige und leistungsstarke Geräte, und wird oft als Halbleitermaterial mit großer Bandlücke bezeichnet (Spaltbreite größer als 2,2 ev), auch als Hochtemperatur-Halbleitermaterial bekannt.
Allgemein, Galliumnitrid, Siliziumkarbid und andere Materialien werden als Halbleiter mit großer Bandlücke bezeichnet; Galliumnitrid, Aluminiumnitrid, Indiumnitrid und seine Mischkristallmaterialien werden Nitridhalbleiter genannt, oder Galliumnitrid, Galliumarsenid, Indiumphosphid wird als III-V-Halbleiter bezeichnet.
Optische Kristalle sind Kristalle, die als optische Komponenten verwendet werden, wie Halogenidkristalle Lithiumfluorid, Calciumfluorid, Magnesiumfluorid, Bariumfluorid, Sie haben gute Transmissionseigenschaften im Ultraviolett- und Infrarotbereich, Daher können sie als UV-Excimer-Ausgangsfenster für Laser und einige IR-Laser verwendet werden, Linsen, Prismen, Polarisatoren, Wellenplatten, usw.
Oxide wie z Saphir Al2O3, Yttriumvanadat YVO4, Kristall, usw. Es kann auch als Arbeitsfenster der oben genannten Laser verwendet werden, optische Isolatoren, Zirkulatoren, Strahlteiler und optische Polarisatoren.
Halbleiter-Einkristall-Silizium, Germanium, Selen, Galliumarsenid und Zinkselenid, Zinksulfid weist eine gute Übertragungsleistung im fernen Infrarot auf, und kann als Kohlendioxidlaser verwendet werden (Ausgabefenster, Linse, Prisma, usw.)
03. Laserkristall
Laser ist wunderbar “Substanz”, und es ist eine weitere große Entdeckung der Menschheit nach der Atomenergie, Computer und Halbleiter. Jeder weiß, dass die Helligkeit des Lasers extrem hoch ist, die erreichen können 1 milliardenfach so hell wie die Sonne oder sogar noch höher;
Der Laser ist äußerst rein und weist eine hervorragende Monochromatizität auf; Der Laser verfügt über eine beispiellose Kollimation (geradlinige Ausbreitung); Sofortige Energiestöße, die selbst die härtesten Gegenstände durchdringen und schmelzen können. daher, Laser werden in der Produktion häufig eingesetzt, Leben und wissenschaftliche Forschung, und es ist eine mächtige Waffe für Menschen, um die Natur zu erkunden.
Ein Gerät, das einen Laser erzeugt, wird Laser genannt. Unter den aktuellen verschiedenen Lasern, Am vielversprechendsten sind Festkörperlaser. Laserkristall, das die von der Außenwelt bereitgestellte Energie über einen optischen Resonator in ein hochparalleles und monochromatisches Laserkristallmaterial umwandeln kann, das räumlich und zeitlich kohärent ist. Grundlegende unterstützende Materialien für die Industrie.
Zu den gängigen Laserkristallmaterialien gehört der mit Neodym dotierte Yttrium-Aluminium-Granatkristall Nd:YAG, Neodym-dotierter Yttriumvanadat-Kristall Nd:YVO4, Neodym-dotierter Lithium-Yttriumfluorid-Kristall Nd:YLF, Titan-Saphirglas, Rubinkristall, usw.
04. Szintillationskristall
Unter Einwirkung hochenergetischer Teilchen, Die Kristalle, die die kinetische Energie hochenergetischer Teilchen in Lichtenergie umwandeln und Fluoreszenz aussenden können, werden Szintillationskristalle genannt. Zur Detektion von Röntgenstrahlen können Szintillationskristalle eingesetzt werden, Gammastrahlen, Neutronen und andere hochenergetische Teilchen.
Die auf Szintillationskristallen basierende Detektions- und Bildgebungstechnologie wird in der Nuklearmedizin häufig eingesetzt, Hochenergiephysik, Sicherheitsinspektion, Industrielle zerstörungsfreie Prüfung, Weltraumphysik und nukleare Prospektion.
Die üblicherweise verwendeten Szintillationskristallmaterialien werden durch künstliche Methoden gezüchtet, und es gibt viele Arten. Derzeit, Die am häufigsten verwendeten Szintillationskristalle sind BGO (Abkürzung für Wismutgermanat, der allgemeine Name von Bi2O3-GeO2 Reihenverbindungen), CsI (Cäsiumiodid), PbWO4 (Bleiwolframat) und so weiter.
05. Superharter Kristall
Diamant, auch bekannt als “Diamant”, ist ein natürliches Mineral und die härteste bekannte Substanz, die es in der Natur gibt. Elementarer Kristall. Die in der Natur vorkommenden und abgebauten Diamanten sind äußerst selten. Normalerweise, feine Diamanten mit einem Gesamtgewicht von 1 Karat kann in jedem erhalten werden 4 Kubikmeter reichhaltiges Erz. Kristallklar, Noch seltener sind lupenreine, großformatige Diamanten.
Seit den 1950er Jahren, Menschen haben eine Vielzahl synthetischer Diamantmethoden erforscht und entwickelt, hauptsächlich einschließlich hoher Temperatur und hohem Druck (HTP), chemische Gasphasenabscheidung (CVD), und Detonation. In 1955, GE nutzte erstmals die Hochtemperatur- und Hochdruckmethode zur Synthese von Diamantkristallen.
In den 1980er Jahren, Die Welt löste einen Aufschwung in der CVD-Diamantforschung aus, und entwickelte verschiedene Vorbereitungsmethoden wie die Heißdrahtmethode (HFCVD), Mikrowellenplasma (MPCVD) und Gleichstrom-Lichtbogen-Plasmastrahl-CVD, was den Grundstein für spätere Anwendungen legte.
Eine der vielen Eigenschaften von Diamant ist seine hohe Härte. Nutzung der extrem hohen Härte von Diamant, Es kann zu verschiedenen Werkzeugen verarbeitet werden, die bei der Steinbearbeitung eine unersetzliche Rolle spielen, Nichteisenmetalle, und schwer zu bearbeitende Verbundwerkstoffe (wie etwa Kohlefaser-Verbundwerkstoffe). Effizient erreichen, hochpräzise, umweltfreundliche Verarbeitung.
Wenn es um Diamanten geht, Es kann mit einem neuen Typ eines kubischen Bornitridkristalls aus superhartem Material in Verbindung gebracht werden, kubisches Bornitrid-CBN, seine Kristallstruktur ähnelt der von Diamant, seine Härte ist etwas geringer als die von Diamant, aber seine thermische Stabilität ist viel höher als die von Diamant , weist eine höhere chemische Stabilität gegenüber Metallelementen auf Eisenbasis auf.
Die Schleifleistung von kubischen Bornitrid-Schleifmitteln ist sehr gut, Es eignet sich nicht nur für die Bearbeitung schwer zu schleifender Materialien, sondern auch die Produktivität verbessern, chemische Inertheit, und kann die Schleifqualität von Werkstücken effektiv verbessern.
06. Piezoelektrisches Kristallmaterial
Wenn der Kristall einer äußeren Kraft ausgesetzt wird, Der Kristall polarisiert und bildet eine Oberflächenladung, Dies wird als positiver piezoelektrischer Effekt bezeichnet; Umgekehrt, wenn der Kristall einem externen elektrischen Feld ausgesetzt wird, Der Kristall wird sich verformen, Dies wird als inverser piezoelektrischer Effekt bezeichnet. Kristalle mit piezoelektrischem Effekt werden piezoelektrische Kristalle genannt, die nur in Kristallen ohne Symmetriezentrum vorkommen.
Der früheste entdeckte piezoelektrische Kristall ist Kristall (α-SiO2), das die Eigenschaften der Frequenzstabilität aufweist und ein ideales piezoelektrisches Material ist, die zur Herstellung von Resonatoren verwendet werden können, Filter, Wandler, optische Deflektoren, Oberflächenakustische Wellengeräte und verschiedene thermische, gasempfindlich, lichtempfindliche und chemikalienempfindliche Geräte, usw. Es wird auch häufig im täglichen Leben der Menschen verwendet, wie Quarzuhren, elektronische Uhren, Farbfernseher, Stereoradios und Tonbandgeräte.
In den vergangenen Jahren, Viele neue piezoelektrische Kristalle wurden entwickelt, wie Lithiumniobat (LiNbO3) und Kaliumniobat (KNbO3) mit Perowskit-Struktur. Nutzung des piezoelektrischen Effekts dieser Kristalle, Es können verschiedene Geräte hergestellt werden, die in der militärischen und zivilen Industrie weit verbreitet sind, wie Blutdruckmessgeräte, Piezoelektrische Tastaturen, Verzögerungsleitungen, Oszillatoren, Ultraschallwandler, piezoelektrische Transformatoren, usw.
07. Isolierender Kristall
Ein typisches Beispiel für isolierende Wafer sind Glimmerwafer. Glimmer ist ein allgemeiner Begriff für Schichtsilikatmineralien. Es hat die Eigenschaften einer Isolierung, Transparenz, Hitzebeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit, leichtes Peeling und Elastizität. Es wird häufig in Motoren verwendet, Elektrogeräte, Elektronik, Radios und Haushaltsgeräte.
Es spielt eine wichtige Rolle beim wirtschaftlichen und nationalen Verteidigungsaufbau. Obwohl es viele Arten von natürlichem Glimmer gibt, Am häufigsten wird in der Industrie Muskovit-Glimmer verwendet, gefolgt von Phlogopit-Glimmer.
Aufgrund der geringen Reserven an natürlichem Glimmer in vielen Ländern, besonders hochwertig, großflächiger Glimmer, die den Entwicklungsbedarf der Elektronikindustrie nicht decken können, Synthetischer Glimmer wird seit den 1950er Jahren untersucht.
Denn synthetischer Glimmer verfügt über hervorragende Eigenschaften wie Reinheit, Transparenz, hohe Temperaturbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit und elektrische Isolierung, Es können einzelne Wafer aus synthetischem Glimmer verwendet werden:
① Isoliergestelle in verschiedenen Vakuumgeräten, wie Beschleuniger, Ionisationskammern, Magnetrons und Elektronenröhren, usw. ;
② Fenstermaterialien, wie Ausgangsfenster von Mikrowellenröhren, Hochtemperaturofen-Beobachtungsfenster sowie säure- und alkalibeständige Fenster;
③ Wasserstandsanzeiger für Hochdruckkessel in Wärmekraftwerken;
④ Hochtemperaturkondensatoren, Skelett eines Oberflächenthermometers aus Platindraht, usw.
Unten finden Sie das Video zum Kristallschneiden als Referenz:
https://www.youtube.com/watch?v=VA3P7tIrT44
